具有荧光增效的笼状荧光微球的微波加热诱导结构演化机理

笼状结构荧光微球具有显著荧光增强效应，可用于基于InGaN半导体的高效率特种固态照明和显示器件。以稀土激活的硅基荧光体为具体材料，用稀土复合硅溶胶雾化-微波加热技术手段，设计一个引入碳质组分调整物料介电性质策略，重点研究微波加热过程的复合凝胶微球，在受控的微波介电物料的"骤冷急热""孵化"下，探索在单颗粒凝胶微球"微反应器"内，多组分多尺度组分发生的物理化学变化及其微米、纳米、介孔多尺度结构单元的演变规律，建立荧光球发光目标功能的笼状结构的形成规律与物料介电性调整策略、热制度工艺之间的关系，揭示笼状结构导致荧光增强的本质结构特征；获得用介电性能调整方案实现规整笼状荧光球的溶胶雾化-微波加热技术的关键形成机理。对认识笼状荧光微球的非有机模板自组装共性规律具有重要科学意义，也可为发展笼状荧光球的雾化-微波量产技术提供直接参考。

采用稀土复合溶胶-凝胶的喷雾-高温微波热解技术研究了笼状结构荧光微球的构筑及其660纳米/430纳米同步红蓝光荧光发射的荧光增强效应，可用于AlInGaN蓝紫光半导体的高效率人工光合作用光源器件。. 以稀土激活的A3MgSi2O8:Eu2+, Mn2+ (A= Ba, Sr, Ca)硅基荧光体为具体材料，通过对具有争议的固溶基质成分和结构的优化，获得了具备峰值为660 nm Mn2+红光特征的同步红蓝光发射的A3MgSi2O8:Eu2+, Mn2+ (A= Ba, Sr, Ca)荧光材料的特定成分，其光谱与植物色素的红蓝光吸收光谱和有效光合作用光谱成宽带覆盖，红光半高宽为71 nm，蓝光半高宽为43 nm。. 在2.45GHz高温微波电磁场作用下，观察到(BaSr)3MgSi2O8: Eu, Mn荧光材料颗粒的形貌演化过程。在微波介电物料的"骤冷急热""孵化"下，单颗粒凝胶微球"微反应器"内，多组分多尺度组分历经物理化学变化及其微米、纳米、介孔多尺度结构单元的演变，发现在形成笼状结构形貌时，起关键作用的是硝酸盐分解产生的气体，当气体产生的速度和在球形颗粒内的排出速度以及已分解氧化物的扩散速度之比相近时最有利于笼状形貌的形成；具有荧光增强效应的笼状结构荧光颗粒，颗粒的大小约为15 nm 并镶嵌有约20纳米的纳米晶以及大小不均的介孔；认为由这些多尺度结构单元构筑的笼状微球通过表面减少反射，内壁多次反射吸收等环节，提高了捕光和光转换效率。. 基于试验事实，提出了微波电磁场对(Ba, Sr)3Mg0.9Si2O8: Eu, Mn荧光材料中Eu-Mn之间的能量传递扰动的微波非热效应的新观点。在变动微波功率条件下，通过观察(BaSr)3MgSi2O8: Eu, Mn荧光材料依赖于晶体场的Eu2+和Mn2+的光谱性质，得出造成红光增强的原因的两种途径：一是Mn2+的强顺磁性使得Mn2+在微波磁场的作用下能级劈裂增强，进而导致Mn2+的发射增强；二是微波加热的非热效应使基质晶格当中离子的占位更接近理想的状态，促进稀土离子的激发与发射，同时还会造成Eu2+的吸收和传递给Mn2+的能量增强。. 在获得了笼状荧光微球的非有机模板自组装构筑规律性认识基础上，进行了笼状荧光球的雾化-微波量产技术验证工程试验。