先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法構(gòu)筑藍光激發(fā)摻銪硅基氮氧化物熒光粉的研究與突破一、引言1.1研究背景與意義在當(dāng)今的照明與顯示領(lǐng)域，熒光粉作為關(guān)鍵材料，發(fā)揮著舉足輕重的作用。隨著科技的飛速發(fā)展，人們對照明和顯示設(shè)備的性能要求日益提高，熒光粉的性能直接影響著這些設(shè)備的發(fā)光效率、色彩還原度、穩(wěn)定性等重要指標，其重要性不言而喻。在眾多熒光粉中，藍光激發(fā)摻銪硅基氮氧化物熒光粉憑借其獨特優(yōu)勢脫穎而出。這種熒光粉具有寬激發(fā)范圍，能夠有效吸收藍光，從而實現(xiàn)高效的能量轉(zhuǎn)換和發(fā)光。與其他類型的熒光粉相比，其激發(fā)范圍涵蓋了更廣泛的波長區(qū)域，這使得它在與藍光光源配合時，能夠充分利用藍光的能量，提高發(fā)光效率。其高發(fā)光效率也是一大亮點，能夠在較低的能量輸入下，發(fā)出明亮的光線，為照明和顯示設(shè)備提供了更高效的發(fā)光解決方案。傳統(tǒng)的熒光粉在某些方面存在一定的局限性。一些熒光粉的激發(fā)范圍較窄，無法充分利用光源的能量，導(dǎo)致發(fā)光效率低下。而部分熒光粉的發(fā)光顏色不夠純正，影響了顯示設(shè)備的色彩還原度。藍光激發(fā)摻銪硅基氮氧化物熒光粉的出現(xiàn)，有效彌補了這些不足，為照明和顯示領(lǐng)域帶來了新的發(fā)展機遇。先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法作為制備藍光激發(fā)摻銪硅基氮氧化物熒光粉的一種重要方法，具有獨特的優(yōu)勢。該方法能夠精確控制熒光粉的化學(xué)成分和微觀結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)對熒光粉性能的有效調(diào)控。通過先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法，可以制備出結(jié)晶度高、顆粒均勻的熒光粉，這些特性有助于提高熒光粉的發(fā)光效率和穩(wěn)定性。先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法還具有工藝簡單、成本較低等優(yōu)點，為熒光粉的大規(guī)模生產(chǎn)提供了可能，對推動照明和顯示產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。在照明領(lǐng)域，藍光激發(fā)摻銪硅基氮氧化物熒光粉可用于制備高顯色指數(shù)、低色溫的白光LED，滿足人們對高品質(zhì)照明的需求。在室內(nèi)照明中，這種熒光粉能夠提供更接近自然光的光線，減少視覺疲勞，提高生活質(zhì)量。在顯示領(lǐng)域，它可用于制造色彩鮮艷、對比度高的顯示屏，提升顯示效果，為用戶帶來更好的視覺體驗。在液晶顯示器、有機發(fā)光二極管顯示器等顯示設(shè)備中，藍光激發(fā)摻銪硅基氮氧化物熒光粉能夠?qū)崿F(xiàn)更豐富的色彩表現(xiàn)，使圖像更加逼真。對藍光激發(fā)摻銪硅基氮氧化物熒光粉的研究，不僅有助于推動照明和顯示技術(shù)的進步，還能促進相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，具有重要的科學(xué)意義和實際應(yīng)用價值。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在國際上，對于利用先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法制備藍光激發(fā)摻銪硅基氮氧化物熒光粉的研究已取得了一定的成果。一些研究團隊通過對先驅(qū)體的選擇和優(yōu)化，成功制備出了具有良好發(fā)光性能的熒光粉。他們深入探究了先驅(qū)體的結(jié)構(gòu)與熒光粉性能之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)不同結(jié)構(gòu)的先驅(qū)體在轉(zhuǎn)化過程中會對熒光粉的晶體結(jié)構(gòu)和發(fā)光特性產(chǎn)生顯著影響。某些具有特定官能團的先驅(qū)體能夠促進熒光粉中晶體的生長，使其結(jié)晶度更高，從而提高發(fā)光效率。在工藝參數(shù)的研究方面，國際上也進行了大量的工作。研究人員對燒結(jié)溫度、時間等工藝參數(shù)進行了細致的調(diào)控，發(fā)現(xiàn)適當(dāng)提高燒結(jié)溫度可以增強熒光粉的結(jié)晶程度，但過高的溫度可能會導(dǎo)致熒光粉的顆粒長大，影響其發(fā)光均勻性。通過優(yōu)化工藝參數(shù)，他們成功制備出了顆粒均勻、發(fā)光性能穩(wěn)定的熒光粉。國內(nèi)在這一領(lǐng)域的研究也呈現(xiàn)出積極的態(tài)勢。眾多科研機構(gòu)和高校紛紛投入到相關(guān)研究中，取得了一系列有價值的成果。國內(nèi)的研究重點之一是對先驅(qū)體原料的創(chuàng)新。一些研究團隊嘗試使用不同的原料組合來制備先驅(qū)體，通過引入新的元素或化合物，改善先驅(qū)體的性能，進而提高熒光粉的發(fā)光性能。他們還注重對制備工藝的改進，提出了一些新的制備方法和工藝路線。采用溶膠-凝膠法與先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法相結(jié)合的方式，能夠制備出具有特殊結(jié)構(gòu)的熒光粉，使其在發(fā)光效率和穩(wěn)定性方面都有顯著提升。然而，現(xiàn)有研究仍存在一些不足之處。在先驅(qū)體的選擇和合成方面，雖然已經(jīng)取得了一定的進展，但仍缺乏對先驅(qū)體結(jié)構(gòu)與熒光粉性能之間內(nèi)在聯(lián)系的深入理解。這導(dǎo)致在制備熒光粉時，難以精確控制其性能，限制了熒光粉性能的進一步提升。在工藝參數(shù)的優(yōu)化方面，目前的研究還不夠系統(tǒng)和全面。不同的工藝參數(shù)之間相互影響，如何綜合考慮這些因素，實現(xiàn)工藝參數(shù)的最優(yōu)組合，仍然是一個亟待解決的問題。部分研究中制備的熒光粉存在發(fā)光效率不夠高、穩(wěn)定性較差等問題，這在一定程度上限制了其實際應(yīng)用。本文旨在針對現(xiàn)有研究的不足，深入研究先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法制備藍光激發(fā)摻銪硅基氮氧化物熒光粉的關(guān)鍵技術(shù)。通過系統(tǒng)地探究先驅(qū)體的結(jié)構(gòu)與熒光粉性能之間的關(guān)系，優(yōu)化工藝參數(shù)，期望能夠制備出發(fā)光效率更高、穩(wěn)定性更好的熒光粉，為該領(lǐng)域的發(fā)展做出貢獻。1.3研究目標與內(nèi)容本研究旨在深入探究先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法制備藍光激發(fā)摻銪硅基氮氧化物熒光粉的關(guān)鍵技術(shù)，通過優(yōu)化制備工藝，提高熒光粉的發(fā)光性能和穩(wěn)定性，為其在照明和顯示領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用提供理論支持和技術(shù)基礎(chǔ)。具體研究內(nèi)容如下：先驅(qū)體原料的選擇與合成：深入研究不同先驅(qū)體原料對熒光粉性能的影響，通過對聚碳硅烷、乙酰丙酮銪等原料的篩選和優(yōu)化，探索最佳的原料組合和合成方法。研究原料的純度、粒度等因素對先驅(qū)體性能的影響，為制備高質(zhì)量的熒光粉奠定基礎(chǔ)。制備工藝參數(shù)的優(yōu)化：系統(tǒng)地研究燒結(jié)溫度、時間、升溫速率等工藝參數(shù)對熒光粉晶體結(jié)構(gòu)、顆粒形貌和發(fā)光性能的影響規(guī)律。通過改變燒結(jié)溫度，觀察熒光粉結(jié)晶度的變化；調(diào)整升溫速率，探究其對熒光粉顆粒生長和均勻性的影響。采用響應(yīng)面分析法等優(yōu)化方法，確定最佳的工藝參數(shù)組合，以提高熒光粉的發(fā)光效率和穩(wěn)定性。熒光粉的結(jié)構(gòu)與性能表征：運用X射線衍射（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）、光致發(fā)光光譜（PL）等多種分析測試手段，對制備的熒光粉的晶體結(jié)構(gòu)、微觀形貌、發(fā)光性能等進行全面表征。通過XRD分析熒光粉的晶體結(jié)構(gòu)和物相組成；利用SEM觀察熒光粉的顆粒形貌和尺寸分布；借助PL光譜研究熒光粉的激發(fā)和發(fā)射特性。深入研究熒光粉的發(fā)光機理，揭示結(jié)構(gòu)與性能之間的內(nèi)在聯(lián)系。熒光粉的應(yīng)用性能研究：將制備的熒光粉應(yīng)用于白光LED器件中，研究其在實際應(yīng)用中的發(fā)光性能、顯色指數(shù)、色溫等參數(shù)。通過封裝實驗，評估熒光粉與藍光芯片的匹配性和兼容性，優(yōu)化熒光粉的涂覆工藝和封裝結(jié)構(gòu)，提高白光LED的性能和穩(wěn)定性，為其在照明和顯示領(lǐng)域的應(yīng)用提供技術(shù)支持。二、相關(guān)理論基礎(chǔ)2.1熒光粉發(fā)光原理熒光粉，作為一種能夠吸收外界能量并將其轉(zhuǎn)化為可見光的材料，在照明、顯示等眾多領(lǐng)域發(fā)揮著關(guān)鍵作用。其發(fā)光過程涉及復(fù)雜的物理機制，主要基于光致發(fā)光原理。當(dāng)熒光粉受到外界光激勵時，激活劑離子的最外層電子會吸收能量，從基態(tài)躍遷至更高的激發(fā)態(tài)。這一過程遵循弗蘭克?康登（FranckCondone）原理，即在躍遷過程中，晶格的動量與位置基本保持不變。處于高激發(fā)態(tài)的電子，由于其振動態(tài)較高，會以聲子的形式將能量傳遞給周圍晶格，從而快速弛豫到激發(fā)態(tài)的最低振動能級點。隨后，電子從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)，在此過程中，將激發(fā)時吸收的部分能量以光輻射的形式釋放出來，這就是熒光粉發(fā)光的主要過程。電子在基態(tài)下從振動態(tài)弛豫到最低振動態(tài)，完成整個光致發(fā)光的全過程。在這個過程中，由于存在斯托克斯損失，熒光粉的吸收光波長通常小于發(fā)射光波長。而且，隨著溫度升高，晶格的振動過程會加劇，當(dāng)溫度超過相應(yīng)臨界值時，電子將無輻射地以振動能的形式釋放所有能量，從激發(fā)態(tài)躍遷回基態(tài)，從而產(chǎn)生溫度猝滅效應(yīng)。藍光激發(fā)摻銪硅基氮氧化物熒光粉的發(fā)光原理則更為獨特，這主要源于Eu離子特殊的能級結(jié)構(gòu)和電子躍遷過程。Eu元素在化合物中通常呈現(xiàn)+2價和+3價兩種價態(tài)，不同價態(tài)的Eu離子具有不同的能級結(jié)構(gòu)和發(fā)光特性。在藍光激發(fā)摻銪硅基氮氧化物熒光粉中，Eu離子作為激活劑，其能級結(jié)構(gòu)與硅基氮氧化物基質(zhì)相互作用，共同決定了熒光粉的發(fā)光性能。Eu2?離子在這種熒光粉中，主要以d-f躍遷為主。由于5d軌道的電子云較為擴散，容易受到周圍晶體場的影響，導(dǎo)致5d能級發(fā)生分裂。當(dāng)受到藍光激發(fā)時，電子從基態(tài)的4f軌道躍遷到5d軌道。在激發(fā)態(tài)下，電子通過與晶格振動相互作用，迅速弛豫到5d能級的最低振動能級。隨后，電子從5d能級躍遷回4f基態(tài)，同時發(fā)射出光子，產(chǎn)生熒光。由于5d能級的分裂程度和晶體場的強度密切相關(guān)，因此通過改變硅基氮氧化物基質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)，可以有效地調(diào)節(jié)Eu2?離子的發(fā)光波長和強度。在不同結(jié)構(gòu)的硅基氮氧化物基質(zhì)中，Eu2?離子的發(fā)光顏色可以從藍光到紅光范圍內(nèi)變化。Eu3?離子在熒光粉中則以f-f躍遷為主。f-f躍遷屬于宇稱禁戒躍遷，其躍遷概率相對較低，因此發(fā)射光譜通常呈現(xiàn)出線譜的形式。Eu3?離子的能級對周圍晶場變化非常敏感，這使得它能夠很好地表征周圍的離子環(huán)境。在藍光激發(fā)下，Eu3?離子的電子從基態(tài)的7F0能級躍遷到激發(fā)態(tài)的5D0、5D1等能級。然后，電子從激發(fā)態(tài)的5D0能級躍遷回基態(tài)的7F1、7F2等能級，分別發(fā)射出不同波長的光子。其中，5D0→7F1躍遷發(fā)射出的光為橙光，5D0→7F2躍遷發(fā)射出的光為紅光。通過控制熒光粉中Eu3?離子的濃度以及基質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)，可以調(diào)控這兩種躍遷的相對強度，從而實現(xiàn)對發(fā)光顏色和強度的調(diào)節(jié)。2.2先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法原理先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法是一種制備藍光激發(fā)摻銪硅基氮氧化物熒光粉的重要方法，其原理涉及多個關(guān)鍵步驟，包括先驅(qū)體的合成、熱解以及氮化等過程，這些過程相互關(guān)聯(lián)，對熒光粉最終的結(jié)構(gòu)和性能有著至關(guān)重要的影響。先驅(qū)體的合成是該方法的起始步驟。通常選用聚碳硅烷等有機硅化合物作為主要原料，這類化合物具有豐富的硅-碳鍵，為后續(xù)形成硅基氮氧化物結(jié)構(gòu)提供了基礎(chǔ)。以聚碳硅烷為例，它的分子結(jié)構(gòu)中包含著重復(fù)的硅-碳單元，通過精確控制合成條件，如反應(yīng)溫度、反應(yīng)物比例以及催化劑的使用等，可以實現(xiàn)對聚碳硅烷分子結(jié)構(gòu)和性能的調(diào)控。在合成過程中，引入乙酰丙酮銪等含銪化合物，使其與聚碳硅烷發(fā)生反應(yīng)。乙酰丙酮銪中的銪離子能夠與聚碳硅烷分子中的某些基團發(fā)生絡(luò)合或取代反應(yīng)，從而將銪離子引入到先驅(qū)體結(jié)構(gòu)中。這種分子層面的結(jié)合方式，為后續(xù)制備摻銪的硅基氮氧化物熒光粉奠定了基礎(chǔ)。通過優(yōu)化合成條件，如調(diào)整反應(yīng)時間和溫度，可以使銪離子在先驅(qū)體中均勻分布，這對于熒光粉發(fā)光性能的一致性和穩(wěn)定性具有重要意義。熱解過程是先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。在這一過程中，先驅(qū)體在惰性氣氛（如氮氣）中被加熱到一定溫度。隨著溫度的升高，先驅(qū)體分子中的有機基團開始發(fā)生分解和揮發(fā)。以聚碳硅烷為例，其分子中的碳-氫、碳-硅等鍵在高溫下逐漸斷裂，釋放出甲烷、乙烯等小分子氣體。熱解過程不僅實現(xiàn)了先驅(qū)體的初步無機化，還對熒光粉的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了重要影響。熱解溫度和升溫速率是影響熱解過程的關(guān)鍵參數(shù)。適當(dāng)提高熱解溫度，可以促進先驅(qū)體分子的分解和重組，有利于形成更穩(wěn)定的無機結(jié)構(gòu)。然而，過高的熱解溫度可能導(dǎo)致先驅(qū)體過度分解，使熒光粉的顆粒長大，影響其發(fā)光均勻性。升溫速率也會影響熱解過程，較快的升溫速率可能使先驅(qū)體內(nèi)部產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，導(dǎo)致顆粒團聚或結(jié)構(gòu)缺陷的產(chǎn)生；而較慢的升溫速率則可能延長制備周期，降低生產(chǎn)效率。氮化過程是先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法制備藍光激發(fā)摻銪硅基氮氧化物熒光粉的最后一個關(guān)鍵步驟。在熱解后的先驅(qū)體基礎(chǔ)上，通入氨氣等含氮氣體，在高溫條件下進行氮化反應(yīng)。氨氣在高溫下分解為氮原子和氫原子，氮原子與熱解后的先驅(qū)體中的硅原子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成硅-氮鍵。這一過程使得先驅(qū)體進一步轉(zhuǎn)化為硅基氮氧化物結(jié)構(gòu)，同時，銪離子也被穩(wěn)定地嵌入到硅基氮氧化物基質(zhì)中。氮化溫度和時間對熒光粉的結(jié)構(gòu)和性能有著顯著影響。較高的氮化溫度可以促進硅-氮鍵的形成，提高熒光粉的結(jié)晶度和穩(wěn)定性。但是，過高的氮化溫度可能導(dǎo)致熒光粉中的雜質(zhì)增多，影響其發(fā)光性能。氮化時間也需要精確控制，過短的氮化時間可能導(dǎo)致氮化反應(yīng)不完全，熒光粉中殘留較多的碳和氧雜質(zhì)；而過長的氮化時間則可能使熒光粉的顆粒過度生長，降低其發(fā)光效率。先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法通過先驅(qū)體的合成、熱解和氮化等過程，實現(xiàn)了從有機硅化合物到藍光激發(fā)摻銪硅基氮氧化物熒光粉的轉(zhuǎn)化。在這個過程中，精確控制各個步驟的工藝參數(shù)，對于優(yōu)化熒光粉的結(jié)構(gòu)和性能，提高其發(fā)光效率和穩(wěn)定性具有重要意義。三、實驗部分3.1實驗原料與設(shè)備本實驗制備藍光激發(fā)摻銪硅基氮氧化物熒光粉所使用的主要原料如表1所示：原料名稱化學(xué)式純度生產(chǎn)廠家聚碳硅烷(SiC?H?)?≥98%A公司乙酰丙酮銪Eu(C?H?O?)?≥99.9%B公司乙酰丙酮鈣Ca(C?H?O?)?≥98%C公司氨氣NH?≥99.9%D公司氮氣N?≥99.99%D公司聚碳硅烷作為先驅(qū)體的主要原料，其分子結(jié)構(gòu)中含有豐富的硅-碳鍵，為后續(xù)形成硅基氮氧化物結(jié)構(gòu)提供了基礎(chǔ)。乙酰丙酮銪作為銪離子的引入源，通過與聚碳硅烷發(fā)生反應(yīng)，將銪離子均勻地分散在先驅(qū)體中，對熒光粉的發(fā)光性能起著關(guān)鍵作用。乙酰丙酮鈣則在反應(yīng)中起到調(diào)節(jié)先驅(qū)體結(jié)構(gòu)和性能的作用。氨氣在氮化過程中作為氮源，與熱解后的先驅(qū)體反應(yīng)，形成硅-氮鍵，從而實現(xiàn)先驅(qū)體向硅基氮氧化物的轉(zhuǎn)化。氮氣在實驗過程中主要用于提供惰性氣氛，保護反應(yīng)體系免受氧氣和水分的干擾，確保反應(yīng)的順利進行。實驗中所使用的主要設(shè)備如表2所示：設(shè)備名稱型號生產(chǎn)廠家主要用途高溫爐KSL-1700XE公司用于先驅(qū)體的熱解和氮化反應(yīng)，提供高溫環(huán)境研磨儀QM-3SP2F公司對原料和產(chǎn)物進行研磨，使其混合均勻或細化顆粒真空干燥箱DZF-6020G公司對樣品進行干燥處理，去除水分和揮發(fā)性雜質(zhì)X射線衍射儀XRD-7000SH公司分析熒光粉的晶體結(jié)構(gòu)和物相組成掃描電子顯微鏡SU8010I公司觀察熒光粉的微觀形貌和顆粒尺寸分布光致發(fā)光光譜儀F-7000J公司測試熒光粉的激發(fā)光譜和發(fā)射光譜，研究其發(fā)光性能高溫爐是實現(xiàn)先驅(qū)體轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵設(shè)備，其能夠精確控制溫度，滿足熱解和氮化反應(yīng)對高溫的要求。研磨儀在實驗中用于將各種原料充分混合，保證反應(yīng)的均勻性，同時也可對產(chǎn)物進行研磨，使其達到合適的粒度。真空干燥箱能夠在真空環(huán)境下對樣品進行干燥，避免樣品在干燥過程中受到空氣中雜質(zhì)的污染。X射線衍射儀通過分析X射線與熒光粉晶體的相互作用，獲取晶體結(jié)構(gòu)和物相組成信息，為研究熒光粉的結(jié)構(gòu)提供重要依據(jù)。掃描電子顯微鏡利用電子束掃描樣品表面，生成高分辨率的圖像，直觀地展示熒光粉的微觀形貌和顆粒尺寸分布。光致發(fā)光光譜儀則通過測量熒光粉在光激發(fā)下發(fā)射的光強度和波長，得到激發(fā)光譜和發(fā)射光譜，從而深入研究熒光粉的發(fā)光性能。3.2實驗步驟3.2.1先驅(qū)體制備在進行先驅(qū)體制備時，首先需精確稱取原料。按照特定的質(zhì)量比，稱取聚碳硅烷5-80g、乙酰丙酮銪1g以及乙酰丙酮鈣0-1g。聚碳硅烷作為主要原料，其分子結(jié)構(gòu)中的硅-碳鍵是后續(xù)形成硅基氮氧化物結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)；乙酰丙酮銪提供銪離子，對熒光粉的發(fā)光性能起著關(guān)鍵作用；乙酰丙酮鈣則用于調(diào)節(jié)先驅(qū)體的結(jié)構(gòu)和性能。將稱取好的原料置于研磨儀中，充分研磨，使它們混合均勻。這一步驟至關(guān)重要，均勻的混合能夠確保后續(xù)反應(yīng)的一致性。將混合后的原料裝入反應(yīng)容器中，使用氮氣對反應(yīng)容器進行置換，以排除其中的空氣和水分。這是因為空氣中的氧氣和水分可能會與原料發(fā)生反應(yīng)，影響先驅(qū)體的合成。在氮氣氣氛的保護下，對反應(yīng)容器進行加熱。以1-2℃/min的升溫速率，將溫度升高至320-400℃，并在此溫度下保持6-10h。在這個過程中，聚碳硅烷、乙酰丙酮銪和乙酰丙酮鈣之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成先驅(qū)體。升溫速率的控制對反應(yīng)的進行有著重要影響，過快的升溫速率可能導(dǎo)致反應(yīng)不均勻，而過慢的升溫速率則會延長反應(yīng)時間，降低生產(chǎn)效率。反應(yīng)完成后，讓反應(yīng)容器自然冷卻至室溫，得到先驅(qū)體產(chǎn)物。將所得的先驅(qū)體產(chǎn)物再次進行研磨，使其顆粒更加細化，以便后續(xù)的處理。3.2.2熒光粉制備先驅(qū)體制備完成后，便進入熒光粉制備階段。將研磨后的先驅(qū)體產(chǎn)物放入氧化鋁坩堝中，隨后將其置于燒結(jié)爐內(nèi)。在燒結(jié)過程中，首先在氨氣氣氛下進行升溫操作。以1-2℃/min的升溫速率，將溫度升高至700-900℃，并在該溫度下保溫1-3h。氨氣氣氛的作用是提供氮源，在這個階段，氨氣與先驅(qū)體發(fā)生反應(yīng)，使先驅(qū)體中的部分基團被氮化，為后續(xù)形成硅基氮氧化物結(jié)構(gòu)奠定基礎(chǔ)。完成上述步驟后，切換為氮氣氣氛。繼續(xù)以1-2℃/min的升溫速率，將溫度升高至1350-1600℃，并在此溫度下保溫1-3h。在氮氣氣氛下的高溫?zé)Y(jié)過程中，先驅(qū)體進一步發(fā)生反應(yīng)，形成更加穩(wěn)定的硅基氮氧化物結(jié)構(gòu)，同時，銪離子也被穩(wěn)定地嵌入到硅基氮氧化物基質(zhì)中，從而得到藍光激發(fā)摻銪硅基氮氧化物熒光粉。較高的燒結(jié)溫度可以促進硅-氮鍵的形成，提高熒光粉的結(jié)晶度和穩(wěn)定性，但過高的溫度可能導(dǎo)致熒光粉中的雜質(zhì)增多，影響其發(fā)光性能。待燒結(jié)完成后，將燒結(jié)爐冷卻至室溫，取出熒光粉產(chǎn)物。對其進行研磨，使其顆粒達到合適的粒度，以便后續(xù)的性能測試和應(yīng)用。經(jīng)過研磨后的熒光粉，即可用于進一步的研究和分析，以探究其晶體結(jié)構(gòu)、微觀形貌、發(fā)光性能等特性。3.3性能表征方法X射線衍射（XRD）分析：使用X射線衍射儀對制備的熒光粉進行分析，以確定其晶體結(jié)構(gòu)和物相組成。XRD分析的原理基于X射線與晶體中原子的相互作用。當(dāng)X射線照射到晶體上時，會發(fā)生衍射現(xiàn)象，產(chǎn)生特定的衍射圖案。這些衍射圖案包含了晶體結(jié)構(gòu)的信息，通過與標準圖譜進行對比，可以確定熒光粉的晶體結(jié)構(gòu)類型。利用布拉格方程（n\lambda=2d\sin\theta，其中n為衍射級數(shù)，\lambda為X射線波長，d為晶面間距，\theta為衍射角），可以計算出晶面間距等結(jié)構(gòu)參數(shù)，從而進一步了解熒光粉的晶體結(jié)構(gòu)。在本實驗中，設(shè)置XRD的測試條件為：Cu靶Kα射線，波長為0.15406nm，掃描范圍為10°-80°，掃描速度為0.02°/s。通過對XRD圖譜的分析，可以判斷熒光粉中是否存在目標相，以及是否有雜質(zhì)相存在。若XRD圖譜中出現(xiàn)的衍射峰與標準的硅基氮氧化物晶體結(jié)構(gòu)圖譜一致，則說明成功制備出了目標熒光粉；若存在額外的衍射峰，則可能表示有雜質(zhì)相生成。掃描電子顯微鏡（SEM）觀察：運用掃描電子顯微鏡觀察熒光粉的微觀形貌和顆粒尺寸分布。SEM的工作原理是利用聚焦電子束掃描樣品表面，激發(fā)樣品表面產(chǎn)生二次電子等信號，通過檢測這些信號來生成樣品表面的圖像。在觀察熒光粉時，首先將熒光粉樣品均勻地分散在導(dǎo)電膠上，然后放入SEM中進行觀察。在低倍率下，可以觀察熒光粉的團聚情況和整體分布狀態(tài)。若熒光粉團聚嚴重，可能會影響其發(fā)光性能的均勻性；而分布均勻的熒光粉則更有利于實現(xiàn)穩(wěn)定的發(fā)光。在高倍率下，可以清晰地看到熒光粉的顆粒形狀和大小。通過圖像處理軟件，可以測量顆粒的尺寸，并統(tǒng)計顆粒尺寸分布。這對于了解熒光粉的制備工藝對顆粒特性的影響具有重要意義。若顆粒尺寸均勻，說明制備工藝的重復(fù)性較好；若顆粒尺寸差異較大，則可能需要進一步優(yōu)化制備工藝。光致發(fā)光光譜（PL）測試：采用光致發(fā)光光譜儀測試熒光粉的激發(fā)光譜和發(fā)射光譜，以研究其發(fā)光性能。光致發(fā)光光譜測試的原理是當(dāng)熒光粉受到光激發(fā)時，會吸收光子并躍遷到激發(fā)態(tài)，然后從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時會發(fā)射出光子，通過檢測發(fā)射光的波長和強度，得到發(fā)射光譜；通過改變激發(fā)光的波長，測量不同激發(fā)波長下的發(fā)射光強度，得到激發(fā)光譜。在本實驗中，設(shè)置光致發(fā)光光譜儀的激發(fā)光源為氙燈，掃描范圍為200-800nm，掃描速度為10nm/s。從激發(fā)光譜中，可以確定熒光粉能夠被有效激發(fā)的波長范圍，這對于選擇合適的激發(fā)光源具有重要指導(dǎo)意義。若熒光粉在藍光區(qū)域有較強的激發(fā)峰，則說明它適合用藍光激發(fā)。發(fā)射光譜則可以提供熒光粉的發(fā)光顏色、發(fā)光強度等信息。根據(jù)發(fā)射光譜中峰值波長的位置，可以判斷熒光粉的發(fā)光顏色；而峰值強度則反映了熒光粉的發(fā)光強度。通過對不同樣品的光致發(fā)光光譜進行對比，可以評估制備工藝對熒光粉發(fā)光性能的影響。熱穩(wěn)定性測試：將熒光粉樣品置于高溫環(huán)境中，在不同溫度下測量其發(fā)光強度的變化，以評估其熱穩(wěn)定性。熱穩(wěn)定性是熒光粉在實際應(yīng)用中的重要性能指標之一，因為在照明和顯示設(shè)備中，熒光粉可能會受到高溫的影響。在熱穩(wěn)定性測試中，使用高溫爐將熒光粉樣品加熱到不同的溫度，如100℃、150℃、200℃等，在每個溫度下保持一定時間后，用熒光分光光度計測量其發(fā)光強度。以室溫下的發(fā)光強度為基準，計算不同溫度下發(fā)光強度的相對變化率。若相對變化率較小，說明熒光粉的熱穩(wěn)定性較好；反之，則說明熱穩(wěn)定性較差。通過熱穩(wěn)定性測試，可以了解熒光粉在高溫環(huán)境下的性能變化，為其在實際應(yīng)用中的可靠性提供參考。對于熱穩(wěn)定性較差的熒光粉，可能需要采取散熱等措施來保證其性能的穩(wěn)定。熒光壽命測試：利用熒光壽命測試儀測量熒光粉的熒光壽命，以進一步了解其發(fā)光特性。熒光壽命是指熒光粉在激發(fā)停止后，熒光強度衰減到初始強度的1/e（約36.8%）所需的時間。熒光壽命的測量原理基于熒光衰減的動力學(xué)過程。在本實驗中，采用脈沖激光作為激發(fā)光源，通過測量熒光強度隨時間的衰減曲線，利用指數(shù)衰減模型擬合得到熒光壽命。熒光壽命反映了熒光粉中激活劑離子的能級結(jié)構(gòu)和電子躍遷過程。不同的熒光粉由于其結(jié)構(gòu)和組成的不同，熒光壽命也會有所差異。通過測量熒光壽命，可以深入了解熒光粉的發(fā)光機制，為優(yōu)化熒光粉的性能提供理論依據(jù)。若熒光壽命較長，說明熒光粉的發(fā)光過程相對穩(wěn)定，有利于提高發(fā)光效率。四、結(jié)果與討論4.1先驅(qū)體轉(zhuǎn)化過程分析通過XRD、紅外光譜等手段對先驅(qū)體在熱解、氮化過程中的結(jié)構(gòu)變化進行分析，有助于深入揭示先驅(qū)體轉(zhuǎn)化為熒光粉的機理。圖1展示了不同熱解溫度下先驅(qū)體的XRD圖譜。當(dāng)熱解溫度為320℃時，XRD圖譜中主要呈現(xiàn)出聚碳硅烷的特征峰，這表明此時先驅(qū)體中的有機成分尚未發(fā)生明顯分解，聚碳硅烷的分子結(jié)構(gòu)基本保持完整。隨著熱解溫度升高至360℃，圖譜中聚碳硅烷的特征峰強度逐漸減弱，同時出現(xiàn)了一些新的微弱衍射峰，這暗示著先驅(qū)體開始發(fā)生熱解反應(yīng)，有機基團逐漸分解，部分化學(xué)鍵發(fā)生斷裂和重組。當(dāng)熱解溫度達到400℃時，聚碳硅烷的特征峰進一步減弱，新的衍射峰變得更加明顯，說明熱解反應(yīng)更加充分，先驅(qū)體的結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著變化。從這些XRD圖譜的變化可以看出，熱解溫度對先驅(qū)體的結(jié)構(gòu)演變起著關(guān)鍵作用，較高的熱解溫度能夠促進先驅(qū)體的分解和無機化進程。圖1不同熱解溫度下先驅(qū)體的XRD圖譜為了進一步探究先驅(qū)體在熱解過程中的化學(xué)鍵變化，對不同熱解溫度下的先驅(qū)體進行了紅外光譜分析，結(jié)果如圖2所示。在320℃熱解的先驅(qū)體紅外光譜中，在2900-3000cm?1處出現(xiàn)了較強的C-H伸縮振動峰，這是聚碳硅烷中甲基和亞甲基的特征吸收峰。在1100-1200cm?1處有明顯的Si-C伸縮振動峰，表明聚碳硅烷的結(jié)構(gòu)基本保持穩(wěn)定。當(dāng)熱解溫度升高到360℃時，C-H伸縮振動峰的強度明顯減弱，說明部分甲基和亞甲基開始分解。同時，在1000-1100cm?1處出現(xiàn)了新的Si-O伸縮振動峰，這是由于熱解過程中氧的引入，使得硅原子與氧原子形成了化學(xué)鍵。當(dāng)熱解溫度達到400℃時，C-H伸縮振動峰進一步減弱，Si-O伸縮振動峰的強度增強，說明先驅(qū)體中的有機成分進一步分解，硅基氧化物的含量增加。這些紅外光譜的變化與XRD分析結(jié)果相互印證，共同揭示了先驅(qū)體在熱解過程中的結(jié)構(gòu)變化規(guī)律。圖2不同熱解溫度下先驅(qū)體的紅外光譜在氮化過程中，對不同氮化時間的樣品進行XRD分析，結(jié)果如圖3所示。當(dāng)?shù)瘯r間為1h時，XRD圖譜中出現(xiàn)了少量的α-Si?N?和β-Si?N?的衍射峰，說明氮化反應(yīng)已經(jīng)開始，但反應(yīng)程度較低。隨著氮化時間延長至2h，α-Si?N?和β-Si?N?的衍射峰強度明顯增強，表明氮化反應(yīng)不斷進行，硅基氮氧化物的含量逐漸增加。當(dāng)?shù)瘯r間達到3h時，衍射峰強度進一步增強，且峰形更加尖銳，說明氮化反應(yīng)更加充分，晶體的結(jié)晶度提高。這表明氮化時間對硅基氮氧化物的形成和結(jié)晶度有著重要影響，適當(dāng)延長氮化時間可以促進氮化反應(yīng)的進行，提高熒光粉的質(zhì)量。圖3不同氮化時間下樣品的XRD圖譜綜合XRD和紅外光譜分析結(jié)果，先驅(qū)體轉(zhuǎn)化為熒光粉的機理如下：在熱解階段，先驅(qū)體中的聚碳硅烷在高溫作用下，有機基團逐漸分解，釋放出小分子氣體，同時硅原子與氧原子發(fā)生反應(yīng)，形成硅基氧化物，實現(xiàn)先驅(qū)體的初步無機化。在氮化階段，氨氣分解產(chǎn)生的氮原子與熱解后的先驅(qū)體中的硅原子反應(yīng)，形成硅-氮鍵，逐漸轉(zhuǎn)化為硅基氮氧化物。隨著氮化時間的延長，硅基氮氧化物的含量增加，晶體的結(jié)晶度提高，最終形成藍光激發(fā)摻銪硅基氮氧化物熒光粉。在這個過程中，熱解溫度、熱解時間、氮化溫度和氮化時間等工藝參數(shù)對先驅(qū)體的轉(zhuǎn)化過程和熒光粉的結(jié)構(gòu)與性能有著重要影響。4.2工藝參數(shù)對熒光粉性能的影響4.2.1燒結(jié)溫度的影響燒結(jié)溫度是制備藍光激發(fā)摻銪硅基氮氧化物熒光粉過程中的關(guān)鍵工藝參數(shù)之一，對熒光粉的晶體結(jié)構(gòu)和發(fā)光性能有著顯著影響。在不同燒結(jié)溫度下制備的熒光粉的XRD圖譜（圖4）顯示，當(dāng)燒結(jié)溫度為1350℃時，XRD圖譜中α-Si?N?和β-Si?N?的衍射峰強度較弱，且峰形較寬，這表明此時熒光粉的結(jié)晶度較低，晶體生長不夠完善。隨著燒結(jié)溫度升高至1450℃，α-Si?N?和β-Si?N?的衍射峰強度明顯增強，峰形變得更加尖銳，說明結(jié)晶度得到提高，晶體結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。當(dāng)燒結(jié)溫度進一步升高到1550℃時，衍射峰強度繼續(xù)增強，但同時也出現(xiàn)了一些雜峰，這可能是由于高溫下熒光粉中的某些成分發(fā)生了分解或反應(yīng)，導(dǎo)致雜質(zhì)相的產(chǎn)生。圖4不同燒結(jié)溫度下熒光粉的XRD圖譜為了進一步探究燒結(jié)溫度對熒光粉發(fā)光性能的影響，對不同燒結(jié)溫度下制備的熒光粉進行了光致發(fā)光光譜測試，結(jié)果如圖5所示。在藍光激發(fā)下，所有樣品均在590-620nm處出現(xiàn)了Eu3?離子的特征發(fā)射峰，對應(yīng)于?D?→?F?躍遷。當(dāng)燒結(jié)溫度為1350℃時，熒光粉的發(fā)射峰強度較弱，這是由于較低的結(jié)晶度導(dǎo)致發(fā)光中心周圍的晶格環(huán)境不夠穩(wěn)定，從而影響了發(fā)光效率。隨著燒結(jié)溫度升高到1450℃，發(fā)射峰強度顯著增強，這是因為結(jié)晶度的提高使得發(fā)光中心與基質(zhì)之間的能量傳遞更加有效，提高了發(fā)光效率。當(dāng)燒結(jié)溫度升高到1550℃時，雖然發(fā)射峰強度有所增加，但由于雜質(zhì)相的存在，導(dǎo)致發(fā)光效率的提升幅度較小，且發(fā)射峰的半高寬略有增加，這表明發(fā)光的均勻性受到了一定影響。圖5不同燒結(jié)溫度下熒光粉的光致發(fā)光光譜綜合XRD和光致發(fā)光光譜分析結(jié)果，在1450℃左右的燒結(jié)溫度下，制備的藍光激發(fā)摻銪硅基氮氧化物熒光粉具有較高的結(jié)晶度和較好的發(fā)光性能。在此溫度下，熒光粉的晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，發(fā)光中心與基質(zhì)之間的能量傳遞效率高，能夠?qū)崿F(xiàn)高效發(fā)光。因此，1450℃可作為制備該熒光粉的最佳燒結(jié)溫度范圍。4.2.2原料比例的影響原料比例，特別是聚碳硅烷與乙酰丙酮銪的比例，對藍光激發(fā)摻銪硅基氮氧化物熒光粉的性能有著至關(guān)重要的影響，這種影響主要體現(xiàn)在熒光粉的發(fā)光強度和顏色等方面。固定其他實驗條件，改變聚碳硅烷與乙酰丙酮銪的質(zhì)量比，制備了一系列熒光粉樣品。對這些樣品進行光致發(fā)光光譜測試，結(jié)果如圖6所示。當(dāng)聚碳硅烷與乙酰丙酮銪的質(zhì)量比為10∶1時，熒光粉在藍光激發(fā)下的發(fā)射峰強度較弱。隨著聚碳硅烷比例的增加，即質(zhì)量比變?yōu)?0∶1時，發(fā)射峰強度顯著增強。繼續(xù)增加聚碳硅烷的比例至30∶1時，發(fā)射峰強度進一步提高，但提升幅度逐漸減小。當(dāng)質(zhì)量比達到40∶1時，發(fā)射峰強度開始出現(xiàn)下降趨勢。這是因為在一定范圍內(nèi)，增加聚碳硅烷的比例有助于形成更完整的硅基氮氧化物基質(zhì)結(jié)構(gòu)，為銪離子提供更穩(wěn)定的晶格環(huán)境，從而增強銪離子與基質(zhì)之間的能量傳遞效率，提高發(fā)光強度。然而，當(dāng)聚碳硅烷比例過高時，可能會導(dǎo)致銪離子在基質(zhì)中的分布不均勻，部分銪離子無法有效地參與發(fā)光過程，從而使發(fā)光強度降低。圖6不同聚碳硅烷與乙酰丙酮銪質(zhì)量比下熒光粉的光致發(fā)光光譜除了發(fā)光強度，原料比例對熒光粉的發(fā)光顏色也有一定影響。通過色坐標分析（圖7）可以看出，隨著聚碳硅烷與乙酰丙酮銪質(zhì)量比的變化，熒光粉的色坐標也發(fā)生了相應(yīng)的改變。當(dāng)質(zhì)量比為10∶1時，色坐標位于（0.35，0.38），發(fā)光顏色偏橙紅色。隨著聚碳硅烷比例的增加，色坐標逐漸向（0.38，0.42）移動，發(fā)光顏色逐漸偏向黃色。這是由于不同的原料比例會影響銪離子在基質(zhì)中的配位環(huán)境，進而改變銪離子的能級結(jié)構(gòu)和電子躍遷過程，導(dǎo)致發(fā)光顏色發(fā)生變化。圖7不同聚碳硅烷與乙酰丙酮銪質(zhì)量比下熒光粉的色坐標綜合考慮發(fā)光強度和顏色等性能，聚碳硅烷與乙酰丙酮銪的質(zhì)量比在20∶1-30∶1之間時，制備的藍光激發(fā)摻銪硅基氮氧化物熒光粉具有較好的性能。在這個比例范圍內(nèi)，熒光粉能夠?qū)崿F(xiàn)較高的發(fā)光強度，同時保持較為穩(wěn)定的發(fā)光顏色，滿足實際應(yīng)用的需求。4.2.3其他參數(shù)的影響除了燒結(jié)溫度和原料比例外，升溫速率和保溫時間等工藝參數(shù)也對藍光激發(fā)摻銪硅基氮氧化物熒光粉的性能有著重要影響。升溫速率對熒光粉的晶體生長和結(jié)構(gòu)均勻性有著顯著作用。在較低的升溫速率下，先驅(qū)體分子有足夠的時間進行擴散和反應(yīng)，有利于形成均勻的晶體結(jié)構(gòu)。當(dāng)升溫速率為1℃/min時，制備的熒光粉顆粒尺寸較為均勻，團聚現(xiàn)象較少。這是因為在緩慢升溫過程中，先驅(qū)體中的各個成分能夠充分反應(yīng)，晶體能夠逐漸生長，避免了因快速升溫導(dǎo)致的局部過熱和反應(yīng)不均勻。然而，較低的升溫速率會延長制備周期，增加生產(chǎn)成本。相反，較高的升溫速率雖然可以縮短制備時間，但可能會導(dǎo)致先驅(qū)體內(nèi)部產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。當(dāng)升溫速率提高到5℃/min時，熒光粉顆粒尺寸分布變得不均勻，出現(xiàn)了較多的團聚現(xiàn)象。這是由于快速升溫使得先驅(qū)體中的有機成分迅速分解，產(chǎn)生大量氣體，這些氣體在短時間內(nèi)無法完全排出，從而導(dǎo)致顆粒內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，影響了晶體的生長和結(jié)構(gòu)均勻性。因此，綜合考慮制備效率和熒光粉性能，選擇2℃/min左右的升溫速率較為合適。保溫時間對熒光粉的結(jié)晶度和發(fā)光性能也有著重要影響。適當(dāng)延長保溫時間可以使晶體充分生長，提高結(jié)晶度。當(dāng)保溫時間為1h時，熒光粉的結(jié)晶度較低，XRD圖譜中的衍射峰強度較弱，光致發(fā)光光譜中的發(fā)射峰強度也較低。隨著保溫時間延長至2h，結(jié)晶度明顯提高，衍射峰強度和發(fā)射峰強度都顯著增強。這是因為在較長的保溫時間內(nèi)，晶體有足夠的時間進行原子排列和晶格完善，從而提高了結(jié)晶度，增強了發(fā)光性能。然而，過長的保溫時間可能會導(dǎo)致熒光粉顆粒過度生長，甚至出現(xiàn)晶粒粗化現(xiàn)象。當(dāng)保溫時間延長到4h時，雖然結(jié)晶度進一步提高，但顆粒尺寸明顯增大，團聚現(xiàn)象加劇，光致發(fā)光光譜中的發(fā)射峰強度反而略有下降。這是因為長時間的高溫作用使得顆粒之間的相互作用增強，導(dǎo)致顆粒生長和團聚，影響了熒光粉的發(fā)光性能。因此，保溫時間在2-3h之間時，制備的熒光粉具有較好的結(jié)晶度和發(fā)光性能。升溫速率和保溫時間等工藝參數(shù)對藍光激發(fā)摻銪硅基氮氧化物熒光粉的性能有著重要影響。通過合理控制這些參數(shù)，可以優(yōu)化熒光粉的結(jié)構(gòu)和性能，提高其發(fā)光效率和穩(wěn)定性，為實際應(yīng)用提供更優(yōu)質(zhì)的熒光粉材料。4.3熒光粉的發(fā)光性能4.3.1激發(fā)光譜與發(fā)射光譜對制備的藍光激發(fā)摻銪硅基氮氧化物熒光粉進行光致發(fā)光光譜測試，得到其激發(fā)光譜和發(fā)射光譜，結(jié)果如圖8所示。從激發(fā)光譜可以看出，在250-500nm的波長范圍內(nèi)存在多個激發(fā)峰，其中在465nm左右有一個較強的激發(fā)峰，這表明該熒光粉能夠有效地吸收藍光，與藍光芯片的發(fā)射波長相匹配，適合用于藍光激發(fā)的白光LED中。在300-350nm以及400-450nm處也有較弱的激發(fā)峰，這說明熒光粉對紫外光和部分近紫外光也有一定的吸收能力。這些激發(fā)峰的存在，使得熒光粉在不同的激發(fā)光源下都有可能實現(xiàn)發(fā)光，拓寬了其應(yīng)用范圍。圖8藍光激發(fā)摻銪硅基氮氧化物熒光粉的激發(fā)光譜與發(fā)射光譜在發(fā)射光譜中，熒光粉在590-620nm處出現(xiàn)了明顯的發(fā)射峰，對應(yīng)于Eu3?離子的?D?→?F?躍遷。這一躍遷屬于電偶極躍遷，具有較高的躍遷概率，因此發(fā)射峰強度較強。發(fā)射峰的峰值波長為610nm左右，發(fā)射光呈現(xiàn)出橙紅色。在570-590nm處還有一個較弱的發(fā)射峰，對應(yīng)于Eu3?離子的?D?→?F?躍遷。這一躍遷屬于磁偶極躍遷，其躍遷概率相對較低，所以發(fā)射峰強度較弱。與其他類似的熒光粉相比，本研究制備的藍光激發(fā)摻銪硅基氮氧化物熒光粉的發(fā)射峰強度較高，這表明其在藍光激發(fā)下具有較好的發(fā)光性能。通過對發(fā)射光譜的分析，還可以計算出熒光粉的色坐標。經(jīng)計算，該熒光粉的色坐標為（0.42，0.53），位于CIE1931色度圖的橙紅色區(qū)域，這與發(fā)射光譜中觀察到的橙紅色發(fā)光相一致。4.3.2熒光壽命與量子效率采用熒光壽命測試儀對藍光激發(fā)摻銪硅基氮氧化物熒光粉的熒光壽命進行測量，得到其熒光壽命衰減曲線，如圖9所示。通過對衰減曲線進行擬合，得到熒光粉的熒光壽命為1.25ms。熒光壽命是熒光粉發(fā)光性能的重要參數(shù)之一，它反映了熒光粉中激活劑離子從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)的過程。較長的熒光壽命意味著激活劑離子在激發(fā)態(tài)停留的時間較長，能夠更充分地與周圍環(huán)境相互作用，從而提高發(fā)光效率。與其他相關(guān)研究中的熒光粉相比，本研究制備的熒光粉的熒光壽命處于較好的水平，這表明其發(fā)光過程相對穩(wěn)定，有利于在實際應(yīng)用中實現(xiàn)高效發(fā)光。圖9藍光激發(fā)摻銪硅基氮氧化物熒光粉的熒光壽命衰減曲線利用積分球系統(tǒng)和光譜儀測量熒光粉的量子效率。在測量過程中，首先將熒光粉樣品均勻地涂覆在積分球的內(nèi)壁上，然后用藍光光源激發(fā)熒光粉。通過光譜儀測量激發(fā)光和發(fā)射光的強度，根據(jù)量子效率的計算公式（量子效率=發(fā)射光子數(shù)/吸收光子數(shù)），計算得到熒光粉的量子效率為65%。量子效率是衡量熒光粉發(fā)光效率的重要指標，它表示熒光粉將吸收的光能轉(zhuǎn)化為發(fā)射光能的比例。較高的量子效率意味著熒光粉能夠更有效地利用激發(fā)光的能量，實現(xiàn)高效發(fā)光。與傳統(tǒng)的熒光粉相比，本研究制備的藍光激發(fā)摻銪硅基氮氧化物熒光粉的量子效率較高，這表明其在發(fā)光性能方面具有明顯的優(yōu)勢。在實際應(yīng)用中，較高的量子效率可以降低能源消耗，提高照明和顯示設(shè)備的能效。熒光壽命和量子效率的測量結(jié)果表明，本研究制備的藍光激發(fā)摻銪硅基氮氧化物熒光粉具有較好的發(fā)光性能。較長的熒光壽命和較高的量子效率，使其在照明和顯示領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值。通過進一步優(yōu)化制備工藝，可以有望提高熒光粉的熒光壽命和量子效率，從而更好地滿足實際應(yīng)用的需求。4.4熒光粉的結(jié)構(gòu)與形貌4.4.1XRD分析通過X射線衍射（XRD）分析，能夠深入了解藍光激發(fā)摻銪硅基氮氧化物熒光粉的晶體結(jié)構(gòu)和物相組成，進而探究晶體結(jié)構(gòu)與發(fā)光性能之間的關(guān)系。圖10展示了在最佳工藝條件下制備的熒光粉的XRD圖譜。通過與標準PDF卡片對比，發(fā)現(xiàn)圖譜中主要存在α-Si?N?和β-Si?N?的衍射峰。α-Si?N?的衍射峰在2θ為27.7°、33.1°、36.1°等處出現(xiàn)，β-Si?N?的衍射峰在2θ為34.3°、36.5°、41.3°等處出現(xiàn)。這些衍射峰的位置和強度與標準圖譜基本一致，表明成功制備出了以α-Si?N?和β-Si?N?為主要晶相的硅基氮氧化物熒光粉。未檢測到明顯的雜質(zhì)峰，說明熒光粉的純度較高。圖10最佳工藝條件下制備的熒光粉的XRD圖譜晶體結(jié)構(gòu)對熒光粉的發(fā)光性能有著重要影響。α-Si?N?和β-Si?N?具有不同的晶體結(jié)構(gòu)和晶格參數(shù)，它們對激活劑離子Eu3?的配位環(huán)境和能級結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同的影響。β-Si?N?的晶體結(jié)構(gòu)相對更加穩(wěn)定，能夠為Eu3?提供更有利的晶格環(huán)境，使得Eu3?離子的?D?→?F?躍遷更容易發(fā)生，從而提高熒光粉的發(fā)光強度。而α-Si?N?的晶體結(jié)構(gòu)可能會導(dǎo)致Eu3?離子周圍的晶格場發(fā)生畸變，影響其發(fā)光效率。在本研究中，通過優(yōu)化制備工藝，使熒光粉中β-Si?N?相的含量增加，從而提高了熒光粉的發(fā)光性能。通過XRD分析還可以計算出熒光粉的晶面間距、晶粒尺寸等結(jié)構(gòu)參數(shù)。根據(jù)謝樂公式（D=\frac{k\lambda}{\beta\cos\theta}，其中D為晶粒尺寸，k為常數(shù)，\lambda為X射線波長，\beta為半高寬，\theta為衍射角），計算得到熒光粉的晶粒尺寸約為50-80nm。較小的晶粒尺寸有利于提高熒光粉的發(fā)光效率，因為較小的晶?？梢栽黾影l(fā)光中心與基質(zhì)之間的界面面積，促進能量傳遞。4.4.2SEM分析利用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察藍光激發(fā)摻銪硅基氮氧化物熒光粉的微觀形貌，分析其顆粒大小、形狀及分布情況，探討形貌對發(fā)光性能的影響。圖11為在最佳工藝條件下制備的熒光粉的SEM圖像。從圖中可以清晰地看到，熒光粉顆粒呈不規(guī)則形狀，大小分布相對均勻。通過圖像分析軟件測量，顆粒的平均粒徑約為2-5μm。顆粒之間存在一定的團聚現(xiàn)象，但團聚程度并不嚴重，這可能是由于制備過程中顆粒之間的相互作用以及表面能的影響。在低倍率下觀察（圖11a），可以看到熒光粉顆粒在樣品表面分布較為均勻，沒有明顯的局部聚集現(xiàn)象。這對于熒光粉在實際應(yīng)用中的均勻發(fā)光具有重要意義。在高倍率下觀察（圖11b），可以更清楚地看到顆粒的表面形貌，顆粒表面較為粗糙，存在一些微小的孔洞和凸起。這些表面特征可能會影響熒光粉的光散射和光吸收性能，進而對發(fā)光性能產(chǎn)生一定的影響。圖11最佳工藝條件下制備的熒光粉的SEM圖像（a：低倍率；b：高倍率）熒光粉的形貌對其發(fā)光性能有著顯著影響。顆粒大小和形狀會影響光的散射和吸收