高压水蒸气对β-Li2TiO3：Eu3+荧光粉的全谱发光性能影响

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摘要：采用水热法制备荧光粉前驱体后通过高温煅烧的方法，合成了由电偶极跃迁主导的高色纯度的β-Li2TiO3：Eu3+红色荧光粉，设计了适用于DHTII的拓扑电路，对荧光粉体湿度和温度进行测试，研究发现，高压腔体中加水量为5 mL，β-Li2TiO3：0.5 mol% EU3+的相对湿度可达8I%RH．在波长为396 nm的近紫外光激发下，β-Li2TiO3：0.5 mol% Eu3+发射由电偶极跃迁主导的613 nm的红光，荧光寿命为773.36 us，高压水蒸气处理对β-Li2TiO3：0.5 mol%Eu3+的电偶极跃迁发射峰和磁偶极跃迁发射峰位置没有变化，但发射峰强度增强并且荧光寿命降至386.81μs.高压水蒸气高压处理后的荧光粉色坐标x=0.47，y=0.51，色温为3 300 K，红光色纯度为96.6%，比高压处理前显示出更优异的显色性能，高压水蒸气处理后的β-Li2TiO3：0.5 mol% Eu3+电偶极跃迁谱线强度参数Ω2增加至4.21×10-19 cm2，5D0→7F2跃迁的荧光分支比β2也增加至96.9%，而量子效率η减小至57%，证实了湿度对荧光粉的发光效率具有极大的影响.

关键词：高压水蒸气；β-Li2TiO3：Eu3+荧光粉；湿度

中图分类号：O482.31 文献标志码：A

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近年来，荧光粉材料在光电子学、白光LED照明和电子显示技术等领域得到了大量的应用．在潜在的材料体系中，Eu2+掺杂的氮化物荧光粉存在发射波段宽、生产成本高的问题，Mn4+掺杂氟化物荧光粉存在耐湿性较差、污染大的问题，限制了其相关应用．Eu3+掺杂的荧光粉由于发光稳定性好、耐湿性好、耐腐蚀性强等特点，被广泛关注．Eu3+掺杂的荧光粉的优势在于Eu3+有特殊的能级跃迁，Eu3+离子的发射光谱跃迁为5D0→7Fj（j=0、1、2、3、4），Eu3+周围环境的局部对称性决定了其发光性能，其在晶体场中有2种存在形式：当Eu3+在晶体场中占据对称格点位置时，其5D0→7F2的电偶极跃迁受到限制，只发生5D0→7F1磁偶极跃迁，发射波长约为590 nm的橙色光．只有Eu3+处于基质中的不对称格点位置时，其5D0→7F2电偶极跃迁的宇称禁戒才能解除，发射波长约为611 nm的红光，在众多荧光粉的基体材料中，β-Li2 TiO3由于具有独特的结构，受到研究人员的关注.

β-Li2TiO3是具有独特超胞结构的钛酸盐基体材料，由于[TiOx]基团的存在，使得其具有与TiO2结构类似的宽禁带间隙和高折射率，有利于对发光性能的调节．β-Li2TiO3为单斜晶系，对称性低．Ti原子和O原子以[TiO6]八面体形式存在，两个相邻[TiO6]八面体层之间为Li原子，纯Li原子层和LiTi2原子层交替排列．武永华等采用高温同相法成功合成了一系列用于蓝光LED激发发光的非稀土类Mn4+掺杂Li2TiO3红色荧光粉，在波长为475 nm蓝光的激发下，红色荧光的峰值波长位于682 nm附近，随着浓度的增加，红色荧光强度逐渐增加．Qin等采用同相反应法合成了一系列掺杂Mn4+的Li2.06 Nb0．18 Ti0.76O3红色荧光粉，发现所制备的荧光粉均为Li2TiO3固溶相，粉末粒径为0.5～1μm，在342 nm激发时，荧光粉呈现出以685 nm为中心的窄而强的发射带，Li2.06Nb0．18Ti0.76O3：Mn4+红色发光荧光粉的高色纯度达到98.5%.Chen等采用溶胶凝胶法合成了一系列Li2.06Nb0．18Ti0．76O3：xEu3+（x=1～4 wt%）荧光粉，发现Li2.06Nb0．18 Ti0.76O3：3 wt% Eu3+红色荧光粉优于商业红色荧光粉Y2O3：Eu3+．

目前需要解决的关键问题是荧光粉对湿度敏感，众所周知，粉体易受湿度、温度等因素的影响，荧光粉也不例外，目前，对荧光粉的湿敏性研究并不多，一些研究表明，在高湿环境下，荧光粉的发光性能会受到影响，尤其是在高温高湿条件下，荧光粉的性能会受到极大的影响．Zhou等采用引入钝化离子Nb5+抑制[MnF6]2-的水解，为获得防潮的氟化物荧光粉提供了一种简便的方法，发现与K2TiF6：5.0% Mn4+相比，加入Nb5+后，K2Ti0．949Nb0．021F6.051：5.0% Mn4+的耐湿性和发光强度显著提高．Huang等采用原子层沉积和溶胶凝胶工艺在荧光粉表面合成混合涂层，显著提高了荧光粉的水分稳定性．Wang等合成了K2Ta1-xNbrF7：5% Mn4+（x=0，0.2，0.4，0.6，0.8，1.0），发现加入Nb5+能抑制[MnF6]2-的水解，提高了该荧光粉的耐水性，随着加入Nb5+浓度的增加，该材料的荧光强度也增加，但是荧光寿命下降．Deng等提出了一种用Na2S2O4钝化K2SiF6：Mn4+荧光粉的策略，发现钝化后在荧光粉表面形成保护层，在水中浸泡6h，荧光强度保持在初始强度的86.1%，180℃时的荧光强度是30℃时的4.11倍，显著提高了该荧光粉的耐水性和热稳定性.

本文采用水热法制备红色荧光粉前驱体经高温煅烧，合成了以5D0→7F。（剩余5984字）