基于“配位多面体、阴/阳离子”调控方式实现卤磷酸盐暖白发光及其机理研究

In order to realize the needs of warm white emitting phosphor for indoor lighting white LEDs, the luminescent properties of halogen phosphate phosphors are changed by adjusting the coordination polyhedron, anion and cation, and then, the warm white emitting phosphors should be achieved, and the corresponding mechanism are investigated. In the project, the research contents as follows: 1. When selected an appropriate halogen phosphate, the tuning emission or white emitting phosphors should be tuned by adjusting of the coordination polyhedron, anion, cation, the activator concentration and ratio, and then, the warm white emitting phosphor should be achieved. 2. The relationships between luminescent properties, valence change and valence stability of doped ions and ionic radius, charge and electron configuration are investigated by using the structure refinement, electron spin resonance spectroscopy, X ray diffraction, spectroscopy and fluorescence lifetime technologies. Moreover, for host, the rules of cation substituting by doped ions, luminescent properties, single and mixed valence co-existence mechanism of activators are explored. 3. The high-quality halogen phosphates single phase white emitting phosphors, which have the practical value, are judged by measuring the light field distribution, thermal properties of white LEDs. The results should be of benefit to the experimental and theoretical research of the single phase halogen phosphate warm white emitting phosphors.

本项目基于室内照明白光LEDs用单基质暖白荧光粉的需要，试图通过“配位多面体”及“阴/阳离子”的方式调控卤磷酸盐材料的发光性能，获取暖白荧光粉，研究其相关机理。主要研究内容包括：1、以卤磷酸盐为基质，利用“配位多面体”及“阴/阳离子”的调控方式，如改变阴离子配位多面体，阳离子，以及卤离子等，调控材料的发光性能，获取暖白荧光粉。2、通过结构精修，电子自旋共振谱，X射线衍射，光谱及荧光寿命等技术确定基质阳离子半径，电荷以及电子构型等与掺杂离子的发光特性，价态改变及价态稳定性等的关系；分析掺杂离子在基质中的取代规律，发光性质，单独及混价共存机理等。3、将材料与芯片组合，构成白光LEDs，基于白光LEDs的发光效率及温度特性等性能指标，判断荧光粉的实用价值。研究结果将为卤磷酸盐单基质暖白荧光粉的设计、合成提供重要的实验和理论依据。

室内照明急需暖白光LEDs，但是满足要求的荧光粉鲜有报道。卤磷酸盐是一类典型的含有卤族元素的基质化合物，其具有物理、化学性能稳定等特征，本项目通过共掺杂激活离子、替换多面体、调整阴/阳离子等方式，控制了卤磷酸盐的发光性能，进而获得了单基质暖白荧光粉。以Ca2PO4Cl、Ca6Ce2Na2(PO4)6F2、Sr6Ca4(PO4)6F及Ba3Ca2(PO4)3F等为基质，深入研究了Ce3+、Eu2+及Mn2+等在基质中的发光特性，浓度猝灭，热稳定性等；选择合适的共掺杂离子，借助替换多面体、阴/阳离子等方式，有效地调控了材料的发光颜色。例如，利用Ce3+-Tb3+、Ce3+-Mn2+在Ca6Ce2Na2(PO4)6F2中存在能量传递效应得到了高显色指数的暖白荧光粉；通过阳离子替换改变掺杂离子的晶体场环境，增强了Ce3+、Mn2+、Tb3+的发光强度和温度稳定性，提升了材料的应用价值。以BO3替代PO4，引入了黄色发光，使得Ca2(BO3)1-x(PO4)xCl:Eu2+呈现暖白发光，将材料和380nm的近紫外芯片组合，制备了暖白光LEDs，显色指数Ra为83.4、色温为3907K、光效为30.4lm/W，该器件比商业YAG型器件的R9值更高（R9=39.3）。此外，采用常温、高温及低温光谱技术，荧光寿命等研究了掺杂离子和基质，以及掺杂离子间的能量传递过程及机理等。通过结构精修及X射线衍射等技术，结合材料的各项性能参数，确定了基质晶体结构及其微变，取代离子半径，电荷以及补偿电荷等与掺杂离子发光特性，价态改变和价态稳定性等的关系，弄清了掺杂离子在基质中所占晶体学格位等情况。相关研究结果为单基质暖白荧光粉的设计、合成及应用提供了重要的实验和理论依据。