荧光粉的最新研究论文

磷光转换白光发光二极管(pc-WLEDs)广泛应用于液晶显示器(LCDs)的节能照明和背光照明。窄带绿色和红色发光荧光粉在显示应用中实现宽色域是十分必要的。以Si6-zAlzOzN8-z:Eu2+(β-sialon:Eu2+)表达的Eu2+掺杂的β-sialon荧光屏可发射窄带绿色(宽度45-60 nm)，具有较高的量子效率。β-sialon:Eu2+除了具有较高的化学和热稳定性外，还具有较小程度的热猝灭发光。 在掺杂的荧光粉中，发光中心通常取代了主晶体结构中的阳离子位置 。然而，由于Si4+和Al3+的离子尺寸比Eu2+小得多，在β-sialon的阳离子位置取代Eu2+相当困难。在β-sialon晶体结构中，(Si, Al)(O, N)4四面体形成了一个三维网络，其一维通道平行于c轴，Eu原子占据了一维通道的间隙位置。低温光谱证实了β-sialon晶格中的Eu2+可发射窄带绿色。在β-sialon的一维通道中存在两个晶态位点，由于β-sialon晶体结构中Eu2+的掺入量较小，通过粉末X射线衍射(XRD)分析难以获得Eu2+的位置信息，现有研究还没有提供确凿的实验数据来证明Eu2+在一维通道中的明确位置。

日本国家材料研究所的一项最新课题 利用单晶XRD和电子探针显微分析(EPMA)，阐明了Eu2+发光中心在β-sialon:Eu2+荧光粉中的位置 。相关论文以题为“Structure elucidation of luminescent centers in green emitting Eu2+ doped Si6-zAlzOzN8-z phosphors”发表在Scripta Materialia。

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本研究用β-sialon:Eu2+荧光粉样品由α-Si3N4、Al2O3和Eu2O3合成的。将混合的起始材料装入氮化硼坩埚，在0.92 MPa氮气氛围下，在2000 下燃烧15小时。从合成后的粉末中，挑选高结晶度的颗粒进行分析。

通过试验和模拟分析相结合，将Eu定位在(0,0,1/4)的2a通道位置，为了寻找Eu的位置，在包含一维通道的(001)和(110)截面上，用差分傅里叶合成法描述了没有Eu的结构模型的剩余电子密度。模拟分析这表明几乎所有的Eu都位于(0,0,1/4)的通道位置。在Eu各向异性位移参数中，U33值(0.0112)大于U11值(=U22) (0.0182)。一维通道只被Eu占据了很小的一部分，并且一个Eu与另一个Eu相邻的可能性无限接近于零。在先前的STEM测量中，观察区域的样品厚度约为8.1 nm，并且在一维通道中观察到单个Eu原子。在方向上没有相邻原子，位移参数比相邻阴离子所在的其他方向大。精化计算出Eu与相邻阴离子的原子间距分别为2.409(3个阴离子)和2.815(6个阴离子)，然而阴离子位置反映了平均的β-sialon结构。

图

1 单元细胞中β-sialon沿方向的晶体结构

图2 (a) 365nm光激发的β-sialon:Eu2+荧光粉的发射光谱和照片；(b)β-sialon:Eu2+荧光粉粒子在365nm脉冲光激发下的发射衰减曲线

图3 不含Eu的β-sialon结构模型的剩余电子密度计算

通过单晶X射线衍射(XRD)和电子探针(EPMA)表征了Eu在Eu2+掺杂的绿色β-sialon荧光粉中的位置。Eu位于一维通道中(0,0,1/4)的2a位置。掺杂的Eu大部分位于间隙位置。在此结构分析的基础上，未来的研究可进一步分析发光性能，本文为发光材料的研究有积极作用。（文：破风）