新型荧光粉Ca9NaZn(PO4)7:Ce3+,Mn2+的发光与能量传递研究
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更新于2024-08-27
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"Ca9NaZn(PO4)7∶Ce3+, Mn2+荧光粉的发光性质及能量传递"
本文介绍了通过高温固相还原反应合成的一种新型单相荧光粉——Ca9NaZn(PO4)7，其中掺杂了Ce3+和Mn2+离子。这种荧光粉具有独特的光学特性，尤其是在303纳米紫外线激发下，其发射光谱表现出两个主要的宽带发射峰，分别位于374纳米和650纳米。这两个发射峰对应于Ce3+离子的5d至4f能级跃迁和Mn2+离子的4T1(4G)至6A1(6S)能级跃迁。
研究发现，在Ce3+和Mn2+共掺杂的体系中，存在有效的能量传递现象。这种能量传递导致Mn2+的红光发射强度显著增强，表明Ce3+离子的能量可以有效地转移给Mn2+离子。通过计算，能量传递的临界距离Rc被确定为13.85 Å（1 Å = 0.1 nm），这归因于偶极子-四极子共振能量传递机制。这种能量传递机制在荧光材料中是关键的，因为它可以影响材料的发光效率和颜色特性。
此外，作者还探讨了通过调节共掺离子Ce3+和Mn2+的相对浓度来实现颜色调控的可能性。通过调整这些离子的比例，可以在蓝紫光到红光的范围内改变荧光粉的发射颜色。这种颜色调控能力对于光学材料的应用至关重要，特别是在照明、显示技术和光电子设备等领域。
文章最后提到了该研究的关键词：材料科学、光学材料、荧光粉、能量传递和颜色调控。这些关键词揭示了研究的核心内容，即新型荧光粉的合成、光学性质及其在能量传递和颜色调控方面的应用潜力。同时，文章的中图分类号O482.31和文献标识码A也表明它属于基础科学研究的范畴，特别是涉及无机非金属材料的光学性质研究。
这项研究为开发新型高性能荧光粉提供了理论依据和技术支持，对于提升光学材料的性能和拓宽其应用领域具有重要意义。
第 35 卷 第 11 期
2015 年 11 月
Vol. 35, No. 11
November, 2015
光 学 学 报
ACTA OPTICA SINICA
1116001-
Ca
9
NaZn(PO
4
)
7
∶Ce
3+
, Mn
2+
荧光粉的
发光性质及能量传递
马 坤 叶佳意 蒋伟忠
*
东华大学材料学院纤维材料改性国家重点实验室，上海 201620
摘要 采用高温固相还原反应合成了新型单相荧光粉 Ca
9
NaZn(PO
4
)
7
∶Ce
3+
, Mn
2+
，并对 Ce、Mn 单、双掺荧光粉的发光性能
和能量传递进行分析。在 303 nm 紫外光激发下，Ce
3+
，Mn
2+
双掺体系发射光谱中位于 374 nm 和 650 nm 两处的宽带发射
峰分别来自于 Ce
3+
的 5d→4f 和 Mn
2+
的
4
T
1
(
4
G)→
6
A
1
(
6
S)能级跃迁。在该体系中，发现 Ce
3+
和 Mn
2+
之间存在有效能量传递，
使得 Mn
2+
的红光发射强度明显增强，能量传递的临界距离 R
c
= 13.85 Å(1 Å=0.1 nm)，并被证实属于偶极子-四极子共振
能量传递。最终，从 CIE 色度坐标可以看出，通过对共掺离子浓度相对大小的调节可实现从蓝紫光到红光的颜色调控。
关键词 材料; 光学材料; 荧光粉; 能量传递; 颜色调控
中图分类号 O482.31 文献标识码 A
doi: 10.3788/AOS201535.1116001
Luminescence Properties and Energy Transfer
of Ca
9
NaZn(PO
4
)
7
∶Ce
3+
, Mn
2+
Phosphor
Ma Kun Ye Jiayi Jiang Weizhong
*
State Key Laboratory for Modification of Chemical Fibers and Polymer Materials, College of Material science and
Engineering, Dong Hua University, Shanghai 200051, China
Abstract A series of novel single-phase Ca
9
NaZn(PO
4
)
7
∶Ce
3+
, Mn
2+
are synthesized by a high temperature solid-
state reaction method, and the luminescence properties and energy transfer process are investigated systematically.
When excited by 303 nm, the Ce
3+
and Mn
2+
co-doped phosphor exhibited two emission peaks centered at 374 nm
and 63 nm, which are ascribed to 5d → 4f and
4
T
1
(
4
G) →
6
A
1
(
6
S) transition of Ce
3+
and Mn
2+
, respectively. The results
show that the existence of efficient energy transfer between Ce
3+
and Mn
2+
can dramatically enhance the emission
intensity of Mn
2+
, the critical distance is calculated to be 13.85 Å (1 Å=0.1 nm), and this process has been proved
to be a resonant type via a dipole-quadrupole interaction. Ultimately, the corresponding CIE coordinates intuitively
show the tunable colors from the violet-blue to red area by controlling the relative composition of Ce
3+
and Mn
2+
content.
Key words materials; optical materials; phosphors; energy transfer; tunable color
OCIS Codes 160.4670; 260.2510; 260.2160; 330.1690
1 引 言
与传统照明灯具相比，白光发光二极管(WLED)的节能效率高达 80%以上，并且其亮度高、功耗低、寿命
长，无污染，在节能环保方面具有巨大优势。随着 WLED 在新型固态照明领域重要地位的凸现，众多的研究
工作者致力于寻找与现有紫外光 LED 芯片相匹配的、性能更优越的可见光发射荧光粉
[1-2]
。镧系离子掺杂荧
光粉是一类非常高效的发光材料，基于 4f-5d 能级跃迁可发射多种颜色的光，另外稀土离子之间的能量传递
可实现单相荧光粉的颜色可控，这在理论和实际应用中都有很重要的意义
[3-4]
。过渡金属离子 Mn
2+
是近年来
收稿日期: 2015-06-05; 收到修改稿日期: 2015-06-30
作者简介: 马 坤(1990—)，男，硕士研究生，主要从事荧光粉方面的研究。E-mail：macke1990@163.com
导师简介: 蒋伟忠(1960—)，男，博士，教授，主要从事功能性无机涂层、玻璃、陶瓷方面的研究。
E-mail：weizhjiang@gmail.com(通信联系人)
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