窄帶型Eu2+摻雜熒光粉理論研究進(jìn)展

朱坤領(lǐng)，游歡歡，高發(fā)明，賈永超

（燕山大學(xué) 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，河北 秦皇島 066000）

1 引 言

發(fā)光二極管（LED）照明具有壽命超長、高效節(jié)能、全固態(tài)照明、抗惡劣環(huán)境、響應(yīng)快、工作電壓低、抗震性及安全性好等諸多優(yōu)點(diǎn)，被公認(rèn)為21世紀(jì)最有潛力替代傳統(tǒng)照明器具的新光源。近幾年來，LED作為下一代新型照明光源逐漸進(jìn)入如汽車、LCD背光源、室內(nèi)、室外照明等廣泛的行業(yè)中，LED應(yīng)用正在變得更加普遍。目前，白光LED的實(shí)現(xiàn)主要基于InGaN藍(lán)光LED芯片和具有石榴石結(jié)構(gòu)的Y3Al5O12∶Ce3+（YAG∶Ce3+）黃色熒光粉組合方法得到，即熒光粉吸收一部分來自于LED芯片的藍(lán)光轉(zhuǎn)化為黃光，進(jìn)而通過顏色互補(bǔ)原理實(shí)現(xiàn)白光器件[1]。該白光實(shí)現(xiàn)方法簡單有效，在工業(yè)界被廣泛使用。但其亦存在YAG∶Ce3+發(fā)射光譜中紅色成分不足的問題，導(dǎo)致難以獲得高顯色指數(shù)的暖白光器件[2]。因此，為提升白光LED在顯色指數(shù)方面的性能，亟需研發(fā)得到可藍(lán)光激發(fā)的高效紅光材料。Eu2+離子憑借獨(dú)特的4f-5d光譜躍遷特性，其相應(yīng)的發(fā)光材料引起了廣泛關(guān)注。

在以上背景下，世界照明協(xié)會與美國能源部對白光LED燈用Eu2+基紅色熒光材料做出以下性能參數(shù)要求[3]：（1）紅色熒光粉的發(fā)射位置要位于610 nm左右；（2）在LED工作溫度450 K條件下，紅色熒光粉的熱猝滅應(yīng)低于5%；（3）紅色熒光粉的發(fā)射峰寬要小于30 nm。對于上述性能參數(shù)（1）和（2）的要求，已有相對應(yīng)的理論模型進(jìn)行指導(dǎo)分析。例如，代爾夫特理工大學(xué)Dorenbos教授在近20年的工作基礎(chǔ)上[4-6]，獲得了一系列定量擬合公式來進(jìn)行熒光粉發(fā)射位置和熱猝滅性質(zhì)的計(jì)算，獲得了與實(shí)驗(yàn)值非常匹配的結(jié)果?？偠灾瑢u2+離子在晶體中的發(fā)射位置和熱猝滅兩個(gè)方面的發(fā)光行為，人們已經(jīng)有了從原子尺度上的認(rèn)識，這些認(rèn)識可以精確地指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)。

然而，在性能參數(shù)（3）方面的研究現(xiàn)狀卻表現(xiàn)得非常不理想。事實(shí)上，我們?nèi)狈u2+離子激活發(fā)光材料發(fā)射峰寬從微觀尺度的理解。為得到窄帶型Eu2+離子激活發(fā)光材料，目前的研究工作主要基于實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)。例如，近期德國慕尼黑大學(xué)Schnick教授、華南理工大學(xué)夏志國教授、因斯布魯克大學(xué)Huppertz教授成功合成了一系列窄峰寬的Eu2+激活發(fā)光材料[7-13]，在很大程度上彌補(bǔ)了稀土發(fā)光領(lǐng)域在峰寬研究方面的不足，進(jìn)而獲得了廣色域的顯示器件。盡管如此，已有的實(shí)驗(yàn)工作仍然缺乏對晶體中Eu2+離子的發(fā)光材料發(fā)射峰寬從原子尺度的理解。因此，為實(shí)現(xiàn)參數(shù)（3）的性能要求，亟需進(jìn)行更深入的理論研究工作，進(jìn)而為窄帶型Eu2+離子激活發(fā)光材料的設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。

針對以上問題，本文擬從位形坐標(biāo)模型出發(fā)，討論結(jié)構(gòu)弛豫、斯托克斯位移、聲子頻率等因素對固體中Eu2+離子發(fā)射半峰寬（FWHM）的影響，并結(jié)合局部配位環(huán)境、激發(fā)態(tài)電子云分布等信息，綜述Eu2+摻雜窄帶發(fā)射熒光粉的形成原因，嘗試為發(fā)展新型Eu2+窄帶發(fā)射熒光粉提出理論依據(jù)。

2 發(fā)射峰寬計(jì)算的理論基礎(chǔ)

與原子躍遷的線狀光譜不同，Eu2+離子的4f-5d光譜躍遷在晶體中表現(xiàn)出帶狀發(fā)射。該發(fā)射帶由零聲子線（Zero-phonon line）和聲子伴帶（Phonon sidebands）構(gòu)成。零聲子線和聲子伴帶則可以依據(jù)位形坐標(biāo)模型進(jìn)行計(jì)算分析。因此，為理解發(fā)射光譜峰寬的影響因素，應(yīng)該清楚位形坐標(biāo)模型（Configuration coordinate diagram，CCD）的具體含義。位形坐標(biāo)模型的發(fā)展源自于康登對雙原子分子的研究[14-15]，該模型依賴于基態(tài)和激發(fā)態(tài)的平衡核構(gòu)型的線性組合，后被廣泛地應(yīng)用于分析分子和摻雜固體中的光致發(fā)光，開拓了發(fā)光定性分析的領(lǐng)域。

圖1為Eu2+摻雜熒光粉的4f-5d躍遷的一維位形坐標(biāo)模型示意圖[16-17]。圖中下方的4f曲線表示Eu2+最外層電子構(gòu)型為4f7的勢能線，而5d曲線表示Eu2+最外層電子構(gòu)型為4f65d激發(fā)態(tài)的勢能線。激發(fā)和發(fā)射過程為：在外來光子的激發(fā)下，處于4f的電子吸收光子帶來的能量（Eabs）發(fā)生躍遷，至5d能級（A0→A*0），從而得到激發(fā)態(tài)Eu2+。此時(shí)穩(wěn)定的基態(tài)結(jié)構(gòu)平衡（Qg）被打破，原子位置將發(fā)生弛豫過程（A*0→A*）。結(jié)構(gòu)弛豫后，整個(gè)系統(tǒng)將達(dá)到一個(gè)新的平衡態(tài)（Qe），然后電子從5d能級躍遷回4f能級并放出光子（A*→A）。最后體系再次通過多聲子弛豫過程使結(jié)構(gòu)回到基態(tài)（A→A0）?；谶@一模型便可以對Eu2+離子激活熒光粉發(fā)射半峰寬進(jìn)行預(yù)測。

圖1 Eu2+離子摻雜熒光粉的一維位形坐標(biāo)模型Fig.1 Configuration coordinate diagram of Eu2+-doped phosphors

勢能曲線表示能量與位形坐標(biāo)Q之間的依賴關(guān)系。在單一聲子頻率以及簡諧近似條件下，基態(tài)和激發(fā)態(tài)的勢能曲線分別可以表示為：

其中，EzPl為零聲子線的能量，ΔQ代表從基態(tài)到激發(fā)態(tài)下的晶體結(jié)構(gòu)弛豫值，Ωg和Ωe分別是基態(tài)和激發(fā)態(tài)曲線中與4f-5d躍遷耦合的的聲子頻率，?為狄拉克常數(shù)。

Eu2+離子4f-5d光譜躍遷過程所吸收和發(fā)射的能量分布為Eabs和Eem。另外，在光吸收過程中電子-聲子耦合導(dǎo)致了能量損失，定義為Franck-Condon位移，用EFc,e來表示，類似地，EFc,g表示在光發(fā)射過程中晶格損失的能量[18]。依據(jù)EFc,g和EFc,e可以對Ωg和Ωe值進(jìn)行如下計(jì)算[16]：

為描述電子-聲子耦合的強(qiáng)度，可以引入黃-里斯因子S，即結(jié)構(gòu)弛豫過程中釋放聲子的數(shù)目。激發(fā)和發(fā)射過程的S因子分別用Sabs和Sem來表示，可以依據(jù)公式（5）～（6）進(jìn)行計(jì)算：

依據(jù)以上計(jì)算得到的信息，表征發(fā)射峰寬的物理量半峰寬（Full-width at half-maximum,W）在0 K條件下可以表示為[16]：

進(jìn)而，在任意溫度T（K）條件下，發(fā)射半峰寬的值為：

通過上述計(jì)算公式，可以看到影響半峰寬的本質(zhì)參數(shù)為晶體結(jié)構(gòu)弛豫和有效聲子頻率以及所對應(yīng)的斯托克斯位移和黃-里斯因子的大小。以下將分別對這些參數(shù)進(jìn)行討論。

3 Eu2+離子光譜躍遷中的結(jié)構(gòu)弛豫

固體熒光粉在吸收一定能量的光子后，受激輻射出能量小于原吸收的光子，從而導(dǎo)致發(fā)射光譜相較于激發(fā)光譜向能量較低的方向偏移。這一過程是由于晶體結(jié)構(gòu)弛豫所造成的，進(jìn)而使兩個(gè)光子的能量存在差值，即為斯托克斯位移。對于Eu2+激活發(fā)光材料的斯托克斯位移，劉泉林教授課題組等對其影響因素進(jìn)行了總結(jié)分析，并提出斯托克斯位移與Eu2+離子局部配位環(huán)境平均鍵長表現(xiàn)出正相關(guān)性[19]。本小節(jié)著重討論斯托克斯位移對發(fā)射半峰寬的影響。該影響可以通過固定聲子頻率的位形模型進(jìn)行直觀的表現(xiàn)，如圖2所示。由此可以看出，Eu2+離子4f-5d光譜躍遷中結(jié)構(gòu)弛豫越小，所得到發(fā)光材料會具有越窄的發(fā)射峰寬。因此，如何獲得具有較小結(jié)構(gòu)弛豫的Eu2+摻雜熒光材料成為關(guān)鍵。下文分別從配位環(huán)境和結(jié)構(gòu)剛性角度對以往研究進(jìn)行說明。

圖2 結(jié)構(gòu)弛豫對Eu2+摻雜熒光粉發(fā)射峰寬的影響Fig.2 Schematic representation of the effect of geometry relaxation on FWHM of Eu2+-doped phosphors

3.1 配位環(huán)境

通過以往的研究可知，Eu2+激活發(fā)光材料實(shí)現(xiàn)窄帶發(fā)射通常需要化合物具有單一的摻雜位點(diǎn)以減少多發(fā)射中心造成光譜重疊，進(jìn)而造成發(fā)射光譜出現(xiàn)展寬。與此同時(shí)，在窄峰寬發(fā)光材料的設(shè)計(jì)中，高對稱性的配位環(huán)境被認(rèn)為是制備窄帶發(fā)射熒光粉的關(guān)鍵因素之一。常見的高對稱性配位Eu2+離子摻雜窄帶發(fā)射LED燈用熒光粉有以下三種典型種類，圖3列舉了其代表性化合物的晶體結(jié)構(gòu)以及Eu2+離子摻雜的局部配位環(huán)境。

圖3 三類Eu2+摻雜窄帶發(fā)射熒光粉晶體結(jié)構(gòu)及其對應(yīng)的局部配位環(huán)境Fig.3 Three representative crystal structures and local coordination environments of Eu2+-doped narrow-band emitting phosphors

第Ⅰ類是BaSi2O2N2型結(jié)構(gòu)。這類熒光粉晶體結(jié)構(gòu)屬于正交Pbcn空間群，陰離子形成高度凝聚的SiON3四面體，Ba2+離子作為電荷補(bǔ)償劑填充到孔道之中，以類立方配位的環(huán)境存在。Eu2+離子占據(jù)到Ba2+的晶體格位。在405 nm的近紫外激發(fā)條件下，Eu2+離子的發(fā)射光譜的峰值和FWHM分別為494 nm和968 cm-1[20]，表現(xiàn)出青光窄帶發(fā)射特點(diǎn)。

第Ⅱ類為β-SiAlON型結(jié)構(gòu)。該類窄帶發(fā)射熒光粉晶體結(jié)構(gòu)屬于六方P63空間群，其化學(xué)式為β-Si6-zAlzOzN8-z（0＜z≤4.2）[21]。β-SiAlON型結(jié)構(gòu)由共享的（Si，Al）-（O，N）4四面體和沿[001]方向六邊形通道所組成。與第一類熒光粉明顯不同的是，Eu2+活化劑并不是取代已有原子的格位，而是占據(jù)其六邊形孔道的空位中，Kimoto等已直接通過掃描透射電子顯微鏡觀察到[22]，隨后Wang等也通過理論計(jì)算進(jìn)一步證明[23]。六邊形空位的占據(jù)使得其結(jié)構(gòu)不會因Eu2+的引入而發(fā)生劇烈畸變，同時(shí)在激發(fā)和發(fā)射的弛豫過程中結(jié)構(gòu)也會保持較高的穩(wěn)定性，最終表現(xiàn)為較大剛性的窄帶發(fā)射。同時(shí)，在β-SiAlON型結(jié)構(gòu)中，z值的大小會導(dǎo)致發(fā)光特性不同，如在相同激發(fā)光源下（325 nm），高z（0.18）-β-SiAlON發(fā)射峰位置 和FWHM分 別 為540 nm和1 870 cm-1，而 低z（0.03）-β-SiAlON發(fā) 射 峰 位 置 和FWHM分 別 為528 nm和1 772 cm-1[21]。盡管z值不同會導(dǎo)致其發(fā)光性質(zhì)改變，但仍可以看出不同z值下發(fā)射光譜均表現(xiàn)出窄帶發(fā)射特性。

第Ⅲ類為UCr4C4型結(jié)構(gòu)。近期報(bào)道的UCr4C4化物包括Schnick教授課題組開發(fā)的Eu摻雜SrLiAl3N4（SLA）、SrMg2Al2N4（SMA）、SrMg3SiN4（SMS）等一系列熒光粉。其中，SLA屬于三斜晶系P1空間群，Li+和Al3+與陰離子組成[LiN4]、[AlN4]四面體構(gòu)成剛性通道。SLA∶Eu2+為紅色窄帶發(fā)射光譜，在440 nm的激發(fā)波長下，峰值和FWHM分 別 為650 nm和1 180 cm-1[7]。SLA∶Eu2+還表現(xiàn)出較為優(yōu)秀的熱穩(wěn)定性質(zhì)，與室溫相比，其在500 K時(shí)的發(fā)光強(qiáng)度僅降低了約5%，由此它被認(rèn)定為下一代紅色熒光粉的候選者。SMA屬于四方晶系I4/m空間群，Mg2+和Al3+與陰離子組成[MgN4]、[AlN4]四面體構(gòu)成剛性通道。與SLA相比其構(gòu)成通道四面體表現(xiàn)出更大的無序性，這也使得結(jié)構(gòu)的剛性有所減弱，從而進(jìn)一步導(dǎo)致其發(fā)射光譜出現(xiàn)一定程度的展寬。SMA∶Eu2+同樣為紅色窄帶發(fā)射光譜，在440 nm的激發(fā)波長下，峰值和FWHM分別為610 nm和1 838 cm-1[24]，略寬于SLA∶Eu2+。SMS屬于四方晶系I41/a空間群，與前兩者相似，Mg2+和Si4+與陰離子組成[MgN4]、[SiN4]四面體構(gòu)成剛性通道。相較于前者，兩種配位四面體有序排列，使得其結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出較大的剛性。在450 nm的激發(fā)波長下，峰值和FWHM分別為615 nm和1 170 cm-1，發(fā)射半峰寬為三者之中最窄[25]。近期夏志國教授課題組報(bào)道了一些新型UCr4C4氧化物類型熒光粉，如RbLi（Li3SiO4）2（RLSO）和Na0.5K0.5Li3SiO4（NKLSO）等。其中RLSO晶體屬于C2/m（單斜晶系）空間群，在460 nm的激發(fā)光源下表現(xiàn)為綠色窄帶發(fā)射，其峰值和發(fā)射峰寬分別為530 nm和1 497 cm-1[26]。而NKLSO晶體則屬于I4/m（四方晶系），在400 nm的激發(fā)光源下，光譜由486 nm（FWHM約為847 cm-1）處的主要不對稱窄帶峰和530 nm處的從屬肩峰組成[27]，表現(xiàn)出青色發(fā)射。

表1中列舉了以上三類窄峰型Eu2+摻雜熒光粉的光譜信息和配位環(huán)境。圖4展示了上述三種典型的Eu2+摻雜窄帶發(fā)射熒光粉的激發(fā)和發(fā)射光譜。由上述分析可知，為實(shí)現(xiàn)Eu2+摻雜更窄的發(fā)射特性，通常對局部配位環(huán)境的對稱性有較高的要求。衡量局部配位環(huán)境的畸變程度可以通過以下公式來描述[28]：其中D是中心離子-陰離子配位多面體的畸變指數(shù)，li是中心原子到第i個(gè)配位原子的鍵長，lav則為配位多面體的平均鍵長。由以往的研究可知，較大的配位環(huán)境畸變往往導(dǎo)致4f-5d光譜躍遷中較大的晶體結(jié)構(gòu)弛豫，進(jìn)而展寬其發(fā)射光譜帶。而在UCr4C4[11]類型Eu2+激活熒光粉中，Eu2+離子占據(jù)U離子的晶體格位，局部配位環(huán)境由六面體構(gòu)成。以SLA∶Eu2+為例，該熒光粉中Eu2+離子局部配位環(huán)境的畸變指數(shù)D近乎為0，保證了窄帶發(fā)射。

表1 三類Eu2+摻雜窄帶發(fā)射熒光粉的發(fā)光特性Tab.1 The luminescent properties of Eu2+-doped narrow-band emitting phosphors with three representative crystal structures

圖4 三類Eu2+摻雜窄帶發(fā)射熒光粉的激發(fā)和發(fā)射光譜Fig.4 The excitation and emission spectra of Eu2+-doped narrow-band emitting phosphors

3.2 結(jié)構(gòu)剛性

通過上述近期研究較多的三類Eu2+激活窄帶發(fā)射熒光粉，不難看出高對稱性的晶體格位往往可以導(dǎo)致Eu2+離子的窄帶發(fā)射。但實(shí)際研究表明，在一些低對稱性的配位環(huán)境中，Eu2+離子也可以表現(xiàn)出窄帶型發(fā)射。該類材料以硼酸鹽居多，例如SrB4O7∶Eu2+[16]。對于該類型發(fā)光材料，其窄帶發(fā)射的解釋往往歸結(jié)到材料剛性，即材料晶體結(jié)構(gòu)的高穩(wěn)定性使得其在光譜躍遷中具有較小的弛豫，這就使得電子躍遷過程與周圍環(huán)境存在較少的能量傳遞，從而使其發(fā)射半峰寬具有較小值?；衔锝Y(jié)構(gòu)剛性可以通過計(jì)算材料的德拜溫度來判定：高德拜溫度對應(yīng)高的結(jié)構(gòu)剛性。因而德拜溫度為實(shí)現(xiàn)Eu2+摻雜窄帶熒光粉的篩選提供了依據(jù)[29]。德拜溫度（θD）的大小可采用如下公式進(jìn)行計(jì)算：

其中Cp代表化合物的比熱容，N是每個(gè)分子式單元的原子數(shù)乘以阿伏伽德羅常數(shù)，kB是玻爾茲曼常數(shù)，T是溫度，θD則為該化合物的德拜溫度。以β-Sialon熒光粉體系為例，低z（0.03）-β-SiAlON和高z（0.18）-β-SiAlON材料所計(jì)算得到的θD分別為901 K和747 K，這表明低z（0.03）-β-SiAlON比高z（0.18）-β-SiAlON具有更高的熱穩(wěn)定性，前者的結(jié)構(gòu)剛性同樣高于后者，從而前者表現(xiàn)出更窄的發(fā)射半峰寬[21]。

4 聲子頻率的影響

4.1 基態(tài)與激發(fā)態(tài)聲子頻率做相等近似情況

在一般體系中，基態(tài)和激發(fā)態(tài)中有效聲子頻率Ωg和Ωe的值非常相近，通常僅存在～0.005 eV的能量差距，所以可以近似認(rèn)為Ωg和Ωe相等。該近似處理可以對半峰寬計(jì)算公式（7）進(jìn)行簡化。該情況下，從位形坐標(biāo)模型可以看到激發(fā)和發(fā)射過程中的弗蘭克-康登能量位移相同，即EFc,e=EFc,g。這樣我們就可以把斯托克斯位移引入到計(jì)算公式之中。

根 據(jù) 斯 托 克 斯 位 移（ΔS）的 定 義，ΔS和Franck-Condon位移的關(guān)系如下：

從而對公式（7）進(jìn)行整理，得到新的半峰寬計(jì)算公式[30]:

由上述公式可以清晰地看出，當(dāng)斯托克斯位移相同時(shí)，高頻聲子模式會導(dǎo)致樣品的發(fā)射半峰寬值增大。這一分析可通過位形坐標(biāo)進(jìn)行表達(dá)，如圖5所示。具體而言，聲子頻率的大小將會對基態(tài)/激發(fā)態(tài)的勢能曲線形狀產(chǎn)生影響。由公式（1）～（2）可知，當(dāng)聲子頻率增大，平衡位形拋物線開口將會變得更窄。因此我們便可通過不同聲子頻率下的一維構(gòu)型坐標(biāo)模型對發(fā)射半峰寬進(jìn)行一定的分析。通過圖5可見，為獲得窄峰寬的Eu2+摻雜熒光材料，應(yīng)盡量減小有效聲子頻率的值。在具體開發(fā)中，可以利用低頻局域聲子模式的概念進(jìn)行材料的設(shè)計(jì)。

圖5 相同斯托克斯位移下，不同聲子頻率對半峰寬的影響。Fig.5 Schematic representation of the effect of effective phonon frequency on FWHM of Eu2+-doped phosphors

4.2 基態(tài)與激發(fā)態(tài)聲子頻率不相同情況

上述有效聲子頻率對FWHM影響的討論是以基態(tài)聲子頻率（Ωg）與激發(fā)態(tài)聲子頻率（Ωe）相等為基礎(chǔ)。在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，可以進(jìn)一步利用兩者的差異，進(jìn)行窄峰型Eu2+激活熒光粉的開發(fā)。根據(jù)公式（3）～（4）可知，聲子頻率的大小將會直接影響Franck-Condon位移的大小。因此，可以引入一個(gè)新的參數(shù)來定義二者的差別，此處稱為ΔC[16,30]：上述公式和公式（11）聯(lián)立可得出新的Franck-Condon位移表述 形式[28]：

在LED工作溫度條件450 K下，玻色-愛因斯坦分布可以用玻爾茲曼分布代替。該條件下，F(xiàn)WHM與ΔC、ΔS以及溫度（T）的關(guān)系可以表示為[30]：

其中W(T)是LED工作溫度下的半峰寬值。

由公式（16）可知，在固定發(fā)射能量和斯托克斯位移下，激發(fā)和發(fā)射過程中Franck-Condon位移的差異是決定半高寬的關(guān)鍵因素。由于基態(tài)和激發(fā)態(tài)下的Franck-Condon位移均為正值，因此ΔCΔS的范圍處于-1～1之間[30]。在固定熒光粉ΔS及發(fā)射溫度T時(shí)，發(fā)射峰寬W(T)與ΔCΔS表現(xiàn)出負(fù)相關(guān)性，這一比值越大，半高寬越小。這就使得激發(fā)態(tài)和基態(tài)之間的正Franck-Condon位移差距有利于實(shí)現(xiàn)窄帶發(fā)射，如圖6所示。雖然該結(jié)論僅僅是基于簡單的單聲子位形模型來討論，其在考慮詳細(xì)振動(dòng)模式頻率的情況下可能會有部分變化，但是在新型Eu2+摻雜熒光粉的高通量計(jì)算篩選時(shí)，ΔCΔS仍可以被認(rèn)定為一個(gè)非常重要的參考量。

圖6 在ΔS和發(fā)射頻率固定的條件下，ΔC對半峰寬的影響。藍(lán)色曲線對應(yīng)于ΔC為零，而紅色曲線對應(yīng)于ΔC為正值。Fig.6 Schematic representation of excited state phonon frequency on FWHM of Eu2+-doped phosphors，with fixed Stokes shift and ground state phonon mode.The blue curve stands for a smaller excited state phonon frequency than ground state value，and the red lines stand for the opposite situation.

5 結(jié) 論

本文以位形坐標(biāo)模型為理論依據(jù)，分析了Eu2+激活熒光粉的局部配位環(huán)境、結(jié)構(gòu)剛性、聲子頻率等多個(gè)方面對其發(fā)射峰寬的影響，進(jìn)而對實(shí)現(xiàn)窄帶發(fā)射的要點(diǎn)進(jìn)行了歸納與總結(jié)，最終得到如下結(jié)論：（1）從結(jié)構(gòu)方面，高剛性的晶體結(jié)構(gòu)會使晶體弛豫程度減小，這就要求所選熒光粉基質(zhì)材料晶體結(jié)構(gòu)具有較高的結(jié)構(gòu)剛性。（2）從配位環(huán)境方面，較大空間、較小畸變程度以及較大相鄰發(fā)射位點(diǎn)距離的高對稱性局部配位環(huán)境不僅能減小晶體的弛豫程度，還會使發(fā)射過程中能量重疊減小，進(jìn)而減小光譜展寬效應(yīng)。（3）從聲子頻率方面，在激發(fā)和發(fā)射過程中，耦合聲子頻率的大小對峰寬的影響也尤其重要，可以分為兩種情況：在基態(tài)與激發(fā)態(tài)聲子頻率近似相等時(shí)，較小的聲子頻率會引起更小的發(fā)射半峰寬；在二者不等時(shí)，激發(fā)態(tài)的高頻聲子耦合能夠?qū)е抡鍖?。上述關(guān)于窄帶發(fā)射的各種因素可以為Eu2+摻雜窄帶發(fā)射熒光粉基質(zhì)材料的篩選提供思路，有望作為描述因子來進(jìn)行高通量計(jì)算篩選。

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