非还原气氛下直接白光荧光材料中Eu3+可控自还原机制及其光谱可调特征的研究

Eu2+, as a common luminescent materials activator, has some disadvantages such as high energy consumption, high cost and potential risk since it need to be prepared in reduced conditions. By optimizing the matrix structure, preparing technology and controlling crystal field environment, using Eu2O3 as the activator raw materials, luminescent powders, with special structural compounds (α-Mg2Al2Si5O18, SrAl2Si2O8, BaMgSiO4) as matrix and single Eu2+ or coexisting and tunable Eu3+/Eu2+ as the activator, will be prepared by solid state method in air in this project. By comparing with those luminescent powders activated by Eu2+ prepared in reducing atmosphere, the factors affecting the stability of Eu ionic valence in air will be studied. The rule of valence transition and reduction mechanism of Eu ion will be revealed. The module will also be built. The controllable self-reduction technology of Eu3+ in air and the preparation of direct-white phosphor with tunable spectrum will be obtained. The results of the research will contribute to the development of white phosphor with long life and low costs.

Eu2+是常用的荧光材料激活剂，由于需要还原条件下获得，具有能耗高、成本高等问题，还存在安全隐患。本项目提出通过对基质结构的优化、制备工艺参数和晶体场环境的控制，以Eu2O3为激活剂原料，在非还原气氛中采用固相法制备单独Eu2+稳定激活和Eu3+/Eu2+稳定共激活且比例可调的α-Mg2Al2Si5O18、SrAl2Si2O8、BaMgSiO4等特殊结构化合物为基质的荧光粉。在与还原气氛中制备的Eu2+离子激活荧光粉对照研究的基础上，研究探讨非还原气氛下Eu离子价态稳定性的影响因素，揭示普遍规律，阐明Eu离子的还原机理，并构建模型。获得非还原气氛下荧光材料中Eu3+离子可控自还原技术，并制备出光谱可调LED用直接白光荧光材料。研究结果将对低成本长寿命直接白光荧光材料的发展起到重要作用。

目前，白光LED存在封装困难以及荧光粉之间重吸收等问题，单一基质白光荧光粉成为LED用荧光材料的研究热点。Eu2+离子作为常用的荧光粉激活剂离子，需要在还原条件下获得，存在成本高、危险性大等弊端。本项目采用自还原的方法制备二价铕和三价铕共存的荧光粉，并对其晶体结构、荧光性质、自还原机理、白光LED应用等方面做了深入的研究，主要成果有：1）获得了Eu2+/Eu3+共存的SrAl2O4: Eu2+/3+和Ba0.79Al10.9O17.14: Eu2+/3+, Li+荧光粉，并确定了影响Eu3+自还原的关键因素。研究发现，合成温度的提高和保温时间的延长可以促进Eu3+的还原；Eu3+掺杂浓度的提高缩短了基质中Eu3+和电子之间的距离，提高了二者在热运动下结合的几率。Li+的掺入对Eu3+的还原起到抑制作用；2）探讨了Eu3+的自还原机理。实现Eu3+在空气气氛中的自还原需满足以下四个条件：Eu3+占据基质中正二价离子格位，基质中有合适的阴离子多面体，基质中没有氧化性离子，被替换的阳离子与Eu2+半径相近；3）获得了Sr4Al14O25: Eu2+/3+, Mn4+和Sr4Al14O25: Eu2+/3+, Tb3+直接白光荧光粉。利用共掺过渡金属离子Mn4+在特殊格位的价态选择性，实现了Eu2+、Eu3+和Mn4+的共存，并探讨了Eu2+-Mn4+的能量传递机理；4）获得了白光LED用蓝色荧光粉α-Mg2Al4Si5O18: Eu2+/3+和LaSiO2N: Eu2+/3+黄色荧光粉。针对不同种类的荧光粉，通过对Eu3+价态稳定性的调节，可以实现对Eu3+发射部分的减弱或增强。本项目开发了不同种类的单一基质白光荧光粉，并研究了Eu3+自还原机理，对推动我国新型直接白光荧光材料的研发、实现节能绿色照明具有重要的指导和借鉴意义。