高對稱性晶體結構中實現(xiàn)Bi3+窄帶藍光發(fā)射

魏 憶， 李國崗

(中國地質大學(武漢)材料與化學學院 教育部納米礦物材料及應用工程研究中心， 湖北 武漢 430074)

1 引 言

近年來，白光發(fā)光二極管(LED)照明和背光顯示用無機固體發(fā)光材料的開發(fā)已經吸引了許多研究人員的關注[1-3]。這是因為無機固體發(fā)光材料具有物理化學性質穩(wěn)定、合成工藝簡單和發(fā)光易調節(jié)等優(yōu)勢[4-5]。發(fā)光材料的發(fā)光性能(包括激發(fā)和發(fā)射峰位置、發(fā)光效率、熱穩(wěn)定性及發(fā)射光譜寬度)對于提高白光LED照明或顯示器件的質量發(fā)揮了十分重要的作用。其中，窄帶發(fā)射(發(fā)射半高寬低于50 nm)的熒光粉由于高色純度的優(yōu)點，不僅可以在白光LED中有較好的應用，在背光顯示領域也展現(xiàn)了極佳的應用前景。常見的窄帶熒光粉可以分為氮化物、氟化物、鈣鈦礦量子點和氧化物四種。窄帶氮化物熒光粉主要包括UCr4C4型Sr[LiAl3N4]∶Eu2+和SrSiMg3N4∶Eu2+等材料[6-7]，這類熒光粉展現(xiàn)了高效率的紅光發(fā)射，發(fā)射半高寬可低至50 nm，無論是在白光LED照明還是背光顯示領域都展現(xiàn)了優(yōu)越的應用前景。然而，氮化物熒光粉的制備條件嚴苛，通常需要高溫(≥ 1 700 ℃)、高壓(≥ 0.9 MPa)環(huán)境[8-9]。Mn4+摻雜的氟化物或氧化物熒光粉也呈現(xiàn)出窄帶發(fā)光。其中Mn4+摻雜的氟化物熒光粉(K2SiF6∶Mn4+和K2TiF6∶Mn4+)展現(xiàn)了高發(fā)光效率及窄帶發(fā)光。因此，Mn4+摻雜的氟化物材料在白光LED照明及背光顯示領域中發(fā)揮了十分重要的作用[10-11]。而Mn4+摻雜的氧化物熒光粉發(fā)光效率較低，并且發(fā)射峰在深紅光區(qū)，因而不利于其實際應用[12-13]。近幾年來，由于高發(fā)光效率及窄帶發(fā)光，含鉛鈣鈦礦量子點CsPbX3(X=Cl,Br，I)已經成為了當前背光顯示及LED照明領域的明星材料[14-16]。然而，鈣鈦礦量子點材料存在穩(wěn)定性差的問題，距離在白光LED器件或背光顯示器件上實現(xiàn)商業(yè)應用仍存在較大的差距。氧化物熒光粉由于具有物理化學穩(wěn)定性高、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點，在商業(yè)應用中發(fā)揮了極大的優(yōu)勢[17]。近年來，已經有大量的研究證明，設計稀土離子Eu2+占據(jù)在具有高對稱性及強晶體場環(huán)境的氧化物基質材料中，可以實現(xiàn)高效率的窄帶發(fā)光。最典型的是，華南理工大學夏志國教授團隊篩選了一批UCr4C4礦物類型多元氧化物基質，比如RbNa3(Li3SiO4)4和RbLi(Li3SiO4)2材料[18-20]。當Eu2+離子摻雜在這類熒光粉材料中可以實現(xiàn)發(fā)射光譜半高寬低至22.4 nm的高效率窄帶綠光或藍光發(fā)射，除此之外，在具有高對稱性晶體結構的AELi2[Be4O6][21]、Sr5SiO4Cl6[22]、β-SiAlON[23]等基質材料中摻雜稀土離子Eu2+、Ce3+也實現(xiàn)了窄帶發(fā)光。上述研究都證明，稀土離子摻雜在具有高對稱性的晶體結構中可以實現(xiàn)發(fā)射半高寬低于50 nm的高效率發(fā)射。

除了稀土離子及過渡金屬離子外，Bi3+也是常見的激活劑離子。跟戰(zhàn)略性稀土資源相比，鉍礦物資源儲存量更豐富、提純工藝簡單，在白光LED照明或顯示領域也展示了潛在的應用。由于其裸露的6s6p外層電子排布，在近紫外光激發(fā)下，會發(fā)生6s→6p電子躍遷[24-25]。并且這種躍遷方式對外層電子的晶體場環(huán)境十分敏感，調控晶體場環(huán)境可以調整Bi3+離子的激發(fā)和發(fā)射位置、發(fā)射光譜帶寬和發(fā)光效率等[26-27]。根據(jù)晶體場理論，將Bi3+離子摻雜在具有高對稱性晶體結構、強晶體場環(huán)境的基質材料中，便容易出現(xiàn)窄帶發(fā)光現(xiàn)象[28]?；谶@一設計理念，氧化物基質材料晶體結構的篩選便成為了窄帶發(fā)光材料的關鍵因素之一。然而，通過改變Bi3+離子周圍的晶體場環(huán)境來實現(xiàn)窄帶發(fā)光(發(fā)射光譜半高寬低于50 nm)的報道還較少。迄今為止，報道的具有窄帶發(fā)光現(xiàn)象的Bi3+激活的基質材料有Sr3Lu2Ge3O12[28]、Cs2.98Zn6B9O21[29]、Ca3Lu2Ge3O12[30]。除上述報道的基質材料，大部分Bi3+激活的氧化物熒光粉材料的發(fā)射半高寬較寬，一般高于100 nm，較寬的發(fā)射半高寬限制了Bi3+摻雜的氧化物熒光粉在背光顯示領域的應用。

K4CaGe3O9鍺酸鹽材料具有立方結構，其中Ca陽離子具有6個O配位原子，展示了較高的晶格對稱性。已經有文獻證明K4CaGe3O9鍺酸鹽材料中可以成功摻雜Mn2+離子及Yb3+,實現(xiàn)橙紅色發(fā)光現(xiàn)象[31]，證明了K4CaGe3O9鍺酸鹽可以為激活劑離子提供晶格環(huán)境及電子結構環(huán)境。

本文在具有高對稱性晶體結構的K4CaGe3O9鍺酸鹽基質中摻雜Bi3+離子，實現(xiàn)了半高寬低至43 nm的窄帶藍光發(fā)射，同時熒光粉展現(xiàn)了卓越的熱穩(wěn)定性。通過微觀晶體結構及發(fā)光性能分析，構筑了微觀晶體結構和Bi3+實現(xiàn)窄帶發(fā)光的物性關聯(lián)，為未來開發(fā)出更多的窄帶熒光粉提供了理論依據(jù)。

2 實 驗

2.1 樣品制備

采用傳統(tǒng)的高溫固相反應合成K4CaGe3O9∶xBi3+(0≤x≤0.10，簡寫為 KCGO∶xBi3+)熒光粉。首先按照化學計量比準確稱量K2CO3(阿拉丁，99.9%)、CaCO3(Sigma-Aldrich，99.95%)、GeO2(國藥化學試劑有限公司，99.999%)、Bi2O3(Alfa Aesar，99.99%)，放入研缽中研磨40 min。隨后，將研磨好的粉末轉移至剛玉坩堝，在水平管式爐中830 ℃煅燒，保持8 h，燒結氣氛為空氣。當緩慢降溫至室溫后，再次研磨獲得樣品，并進行后續(xù)的表征分析。

2.2 樣品表征

粉末X射線衍射(XRD)數(shù)據(jù)由D8聚焦衍射儀測得，使用Nifiltered Cu Kα射線(λ=0.154 059 8 nm)，掃描速率為1(°)·min-1，掃描范圍為5°～90°。使用TOPAS 4.2軟件對結構模型進行了XRD Rietveld結構精修。漫反射(DR)光譜數(shù)據(jù)由紫外-可見漫反射光譜儀(UV- 2550pc，日本島津公司)測量。采用熒光光譜儀在200～750 nm波長范圍內獲得光致發(fā)光激發(fā)(PLE)和發(fā)射(PL)光譜(Horiba Jobin Yvon，美國新澤西州)。該光譜儀配備了450 W氙燈作為激勵源，PLE和PL光譜的狹縫設置為1.0 nm。發(fā)光內量子效率在愛丁堡光譜儀(FSL1000)上聯(lián)用積分球完成測試。X射線光電子能譜(XPS)數(shù)據(jù)在Thermo ESCALAB 250XI儀器上獲得。溫度相關的發(fā)射光譜數(shù)據(jù)在愛丁堡光譜儀(FSL1000)上聯(lián)用變溫熒光附件(7～300 K，298～523 K)測得。

3 結果與討論

3.1 物相組成和結構分析

圖1(a)描述了K4CaGe3O9∶xBi3+(0.003≤x≤0.02)樣品的XRD圖譜。從圖中可以看到，摻雜Bi3+離子之后，K4CaGe3O9∶xBi3+(0.003≤x≤0.02)樣品的XRD衍射峰位置和同構型的K4SrGe3O9標準卡片(ICSD No. 100202)的衍射峰位置一致，沒有出現(xiàn)其他雜峰。因此，合成的一系列K4CaGe3O9∶xBi3+(0.003≤x≤0.02)樣品都是純相。為了進一步驗證合成樣品的物相純度，以K4SrGe3O9標準卡片作為模板，獲得K4CaGe3O9∶0.005Bi3+結構精修圖，如圖1(b)所示。低收斂參數(shù)(Rwp=7.84%,Rp=5.49%,χ2=2.02)證明制備的樣品為穩(wěn)定的K4CaGe3O9純相。同時，也證明了K4CaGe3O9和K4SrGe3O9具有相似的結構。通過精修獲得的晶胞參數(shù)數(shù)據(jù)如表1所示。

圖1 (a)K4CaGe3O9∶xBi3+ (0.003≤x≤0.02)樣品的XRD圖，K4SrGe3O9 (ICSD 100202)作為標準卡片；(b)K4CaGe3O9∶0.005Bi3+樣品的Rietveld結構精修圖，黑線代表測試數(shù)據(jù)，紅色圈代表擬合數(shù)據(jù)，灰色曲線代表計算和擬合數(shù)據(jù)之間的誤差，綠色豎線是布拉格晶格位置。

表1 K4CaGe3O9樣品結構精修后的晶胞參數(shù)和精修參數(shù)

根據(jù)精修結果，K4CaGe3O9基質屬于立方晶系，其空間群為Pa-3。圖2展示了K4CaGe3O9基質的晶體結構示意圖。從圖中可以看到，K4CaGe3O9基質是由[GeO4]四面體共頂點連接構成了基本框架。其中Ge具有兩個晶格位置?；|中包含了兩個Ca格位，Ca1和Ca2格位周圍都有6個O原子，形成[CaO6]八面體。兩個[CaO6]八面體結構展現(xiàn)了較高的晶格對稱性。[CaO6]八面體和[GeO4]四面體以共頂點的方式連接而成。除此之外，共有5種K格位，其中，K1～K4周圍有6個O原子，形成了[KO6]八面體，K5周圍有8個O原子，形成了十二面體。這些[KO6]和[KO8]多面體以共邊的方式和[CaO6]八面體及[GeO4]四面體相互連接，這些緊密連接方式促進了晶體結構的高結構剛性。根據(jù)以上結構分析可以發(fā)現(xiàn)，K4CaGe3O9基質展現(xiàn)了較高的結構剛性，同時具有多種陽離子格位，因此適合稀土離子及Bi3+離子的摻雜。

圖2 K4CaGe3O9的晶體結構示意圖。其中灰色、紅色和藍色小球分別代表K、Ca1、Ca2原子；紅色、藍色及黃色多面體分別代表[Ca1O6]、[Ca2O6]和[GeO4]構型。

圖3展示了K4CaGe3O9∶0.005Bi3+樣品的X射線光電子能譜(XPS)，在全譜圖中，能夠檢測到K 2p、Ca 2p、Ge 3d、O 1s 和Bi 4f的信號峰，證明了元素組成符合預期要求，同時，也證明Bi成功地摻雜進入了K4CaGe3O9基質中。

圖3 K4CaGe3O9∶0.005Bi3+的X射線光電子能譜

3.2 發(fā)光性能分析

圖4(a)展示了K4CaGe3O9∶xBi3+(0≤x≤0.02)樣品的漫反射光譜，從圖中可以看到，K4CaGe3O9基質在紫外區(qū)不存在光的吸收，當摻雜Bi3+離子后，在250～367 nm處存在明顯的吸收，這屬于6s2→6s6p的電子躍遷。圖4(b)展示了根據(jù)漫反射光譜計算獲得的K4CaGe3O9基質光學帶隙，其計算公式如下[32]：

圖4 (a)K4CaGe3O9∶xBi3+ (0≤x≤0.02)熒光粉的漫反射光譜；(b)基于K4CaGe3O9基質漫反射光譜的光學帶隙計算。

[F(R)hν]1/2=A(hν-Eg)，

(1)

計算得到K4CaGe3O9基質的光學帶隙值為3.14 eV。

圖5詳細展示了制備的一系列K4CaGe3O9∶xBi3+(0.003≤x≤0.02)樣品的發(fā)光性能表征圖。如圖5(a)所示，K4CaGe3O9∶xBi3+樣品在275～350 nm紫外至近紫外區(qū)具有較大的激發(fā)強度，其中最佳激發(fā)位置位于320 nm。同時，隨著Bi3+摻雜濃度增加，激發(fā)光位置和光譜寬度沒有發(fā)生變化，但是發(fā)光強度呈現(xiàn)了先增加后降低的趨勢。當Bi3+摻雜濃度為0.005時，激發(fā)強度最大。圖5(b)展示了K4CaGe3O9∶xBi3+(0.003≤x≤0.02) 的發(fā)射光譜。在320 nm激發(fā)下，K4CaGe3O9∶xBi3+(0.003≤x≤0.02) 樣品在365～600 nm展現(xiàn)了窄帶的藍光發(fā)射，其最佳發(fā)射位置在400 nm。同時其發(fā)射光譜半高寬(Full width at half maximum,FWHM)大約43 nm。在Bi3+摻雜的無機固體發(fā)光材料中，Bi3+離子實現(xiàn)窄帶發(fā)光現(xiàn)象報道的還很少。窄帶藍光現(xiàn)象在背光顯示和LED照明領域都具有十分卓越的潛在應用。隨著Bi3+濃度增加，發(fā)射波長和發(fā)射半高寬沒有變化，證明Bi3+在K4CaGe3O9基質中摻雜是很穩(wěn)定的。從圖5(b)的插圖來看，隨Bi3+濃度增加，其積分強度呈現(xiàn)了先增加后降低的趨勢。在Bi3+濃度為0.005時，發(fā)射強度達到最大。在320 nm 激發(fā)下，測試得到的發(fā)光內量子效率為61.13%。這個結果和激發(fā)光譜強度變化趨勢一致。圖5(b)的插圖還展示了在302 nm激發(fā)下K4CaGe3O9∶0.005Bi3+樣品的發(fā)光照片，直觀反映了藍紫光發(fā)射。上述光學性能分析證明K4CaGe3O9∶xBi3+(0.003≤x≤0.02)樣品具有窄帶藍光發(fā)射，在諸多光電器件中具有潛在應用。

圖5 (a)K4CaGe3O9∶xBi3+ (0.003≤x≤0.02)的激發(fā)光譜；(b)K4CaGe3O9∶xBi3+ (0.003≤x≤0.02) 歸一化的發(fā)射光譜，插圖是積分強度隨鉍濃度變化趨勢圖和302 nm激發(fā)下的發(fā)光照片；(c)在最佳激發(fā)波長下，BAM∶Eu2+、SLGO∶Bi3+ 和K4CaGe3O9∶0.005Bi3+樣品的歸一化發(fā)射光譜對比；(d)BAM∶Eu2+、SLGO∶Bi3+和K4CaGe3O9∶0.005Bi3+樣品的CIE色度坐標。

表2總結了常見的Bi3+激活的熒光粉材料，并對其發(fā)光性能與K4CaGe3O9∶0.005Bi3+樣品做了比較。對比發(fā)現(xiàn)，絕大部分Bi3+激活的熒光粉材料展示了寬帶發(fā)射，其發(fā)射半高寬(FWHM)大約在80～280 nm范圍內。也有少量熒光粉基質展現(xiàn)了窄帶發(fā)射，比如Ca3Lu2Ge3O12∶Bi3+、Sr3Lu2Ge3O12∶Bi3+和Cs2.98Zn6B9O21∶0.02Bi3+熒光粉材料。這些熒光粉材料都具有高對稱性的晶體結構，跟本文設計思路一致。

表2 常見Bi3+激活熒光粉材料發(fā)光性能對比

圖5(c)展示了BaMgAl10O17∶Eu2+(商業(yè)藍色熒光粉，BAM∶Eu2+)、Sr3Lu2Ge3O12∶Bi3+(SLGO∶Eu2+)和K4CaGe3O9∶0.005Bi3+樣品的歸一化光譜，3個樣品均展現(xiàn)了窄帶藍光發(fā)射。本文制備的K4CaGe3O9∶0.005Bi3+樣品的發(fā)射波長更小。圖5(d)描述了K4CaGe3O9∶0.005Bi3+樣品的CIE(Commission International de I’Eclairage)色度坐標，其CIE色度坐標點為(0.165，0.032)。相比于商業(yè)BAM∶Eu2+和SLGO∶Eu2+藍色熒光粉，合成的樣品發(fā)光顏色位于深藍光區(qū)。根據(jù)色純度(P)計算公式[43]：

(2)

其中，(x，y)代表合成樣品的CIE色度坐標位置，即(0.165，0.032)；(xi，yi)是標準白光位置，也就是(0.333，0.333)；(xd，yd)是主波長色度坐標位置，即將發(fā)射峰處的波長及強度導入CIE色度坐標軟件中計算得出的值(0.173，0.005)。根據(jù)公式計算得到K4CaGe3O9∶0.005Bi3+樣品的色純度為94.5%，優(yōu)于商業(yè)BAM∶Eu2+藍色熒光粉(色純度為91.4%)以及報道的Sr3Lu2Ge3O12∶Bi3+藍光熒光粉(色純度為80.92%)[28,44]。因此，合成的K4CaGe3O9∶0.005Bi3+樣品具有十分卓越的色純度。

根據(jù)電荷守恒和離子半徑匹配的原則，Bi3+在六配位和八配位情況下的離子半徑分別為0.103 nm和0.117 nm，Ca2+在六配位中的離子半徑為0.1 nm，K+離子在六配位和八配位中的離子半徑分別為0.138 nm和0.151 nm。結合精細的晶體結構分析，Bi3+摻雜在K4CaGe3O9基質中，可能主要占據(jù)具有高對稱性晶格的Ca2+陽離子晶格位置。為了探討B(tài)i3+摻雜在K4CaGe3O9基質中格位占據(jù)情況，改變監(jiān)測波長分別測試了K4CaGe3O9∶0.005Bi3+樣品的激發(fā)和發(fā)射光譜，如圖6所示。當使用的監(jiān)測波長從360 nm到440 nm變化時，每間隔10 nm測試一次激發(fā)光譜，結果如圖6(a)所示。隨著改變監(jiān)測波長，除了光譜強度出現(xiàn)了先升高后降低的趨勢，激發(fā)光譜的峰位置和形狀幾乎沒有發(fā)生移動。隨后，改變激發(fā)波長，在290～340 nm范圍內，每隔10 nm監(jiān)測獲得一個發(fā)光光譜，測試結果如圖6(b)所示。和變波長測試獲得的激發(fā)光譜結果一致，隨著激發(fā)波長改變，發(fā)射峰強度呈現(xiàn)了變化的趨勢，在320 nm激發(fā)下，發(fā)射強度最高。然而，發(fā)射峰位置及形狀幾乎沒有發(fā)生變化。上述實驗結果證明了Bi3+離子只存在一個發(fā)光中心，由于Ca2+離子和Bi3+離子的離子半徑接近，并且兩個Ca2+格位周圍都是由6個O配位成高對稱性的八面體晶格結構。因此，我們推測Bi3+是隨機占據(jù)在兩個Ca2+格位中。

圖6 (a)K4CaGe3O9∶0.005Bi3+樣品的激發(fā)光譜，監(jiān)測波長為360～440 nm，間隔10 nm測試一次；(b)K4CaGe3O9∶0.005Bi3+樣品的發(fā)射光譜，監(jiān)測波長為290～340 nm，間隔10 nm測試一次。

圖7 K4CaGe3O9∶0.005Bi3+中O 1s軌道的X射線光電子能譜

根據(jù)以上格位占據(jù)結果分析， Bi3+占據(jù)在Ca2+離子晶格中，存在電荷不匹配的問題，因此，可能會存在電荷缺陷。在多元氧化物基質中，由于高溫燒結等工藝條件，氧空位缺陷極易產生。根據(jù)K4CaGe3O9∶0.005Bi3+中O 1s軌道的高斯擬合結果來看，在529.4 eV處出現(xiàn)了吸附氧特征信號，這個信號歸因于K4CaGe3O9∶0.005Bi3+樣品在空氣中化學穩(wěn)定性較差，容易吸附環(huán)境中的水分[45]。530.9 eV處的信號峰歸屬為樣品中的氧信號，532.4 eV處的信號峰是氧空位的特征。在K4CaGe3O9∶0.005Bi3+中，氧空位的出現(xiàn)主要是由不等價取代Bi3+→Ca2+和Bi3+→K+導致的。

3.3 熱穩(wěn)定性分析

熱穩(wěn)定性能是衡量無機固體發(fā)光材料在白光LED照明及背光顯示中實際應用的重要指標[46]。圖8展示了K4CaGe3O9∶0.005Bi3+樣品發(fā)光熱穩(wěn)定性分析圖。圖8(a)是298～523 K溫度范圍內的發(fā)射光譜，從圖中可以看到，隨著溫度升高，發(fā)射光譜的位置及形狀基本沒有發(fā)生變化，只有發(fā)射光譜強度隨溫度的升高呈現(xiàn)出逐漸減弱的趨勢。圖8(b)是積分光譜強度隨溫度變化的趨勢圖，也展示了發(fā)光強度隨溫度變化逐漸降低的趨勢。當溫度升高至423 K時，發(fā)光強度可以保持在初始強度(423 K)的83%，證明制備的K4CaGe3O9∶0.005Bi3+樣品展現(xiàn)了卓越的熱穩(wěn)定性。其發(fā)光強度隨溫度升高逐漸降低的原因是溫度升高會導致激活劑離子間的非輻射躍遷損失部分能量，因此，發(fā)光隨溫度升高而降低。圖8(c)展示了發(fā)射峰位置及半高寬(FWHM)隨溫度升高的變化趨勢，從圖中可以看到，發(fā)射峰位置一直位于401 nm，完全沒有發(fā)生移動。而發(fā)射半高寬在43.5～45.6 nm范圍內有小幅度波動，變化十分微小。因此，在298～523 K的溫度范圍，K4CaGe3O9∶0.005Bi3+樣品的顏色穩(wěn)定性十分卓越。

圖8 K4CaGe3O9∶0.005Bi3+樣品。(a)隨溫度變化的發(fā)射光譜(298～523 K)；(b)積分強度隨溫度變化趨勢圖；(c)發(fā)射峰位置和發(fā)射半高寬隨溫度變化趨勢圖。

為了進一步表征發(fā)光隨溫度變化趨勢，測試了K4CaGe3O9∶0.005Bi3+樣品在低溫狀態(tài)下(7～300 K)隨溫度變化的發(fā)射光譜。從圖9(a)可以看到，隨著溫度從7 K升高到300 K，發(fā)射光譜強度呈現(xiàn)了依次降低的趨勢，這跟高溫光譜圖變化趨勢一致，都是由于升溫誘導的非輻射躍遷增加導致的。除此之外，隨著溫度升高，發(fā)射峰位置出現(xiàn)了從400 nm到397 nm的藍移。其原因是溫度升高會誘導晶格膨脹，一定程度上誘導晶體場劈裂能降低，因此發(fā)射峰出現(xiàn)藍移。圖9(b)展示了發(fā)射光譜半高寬隨溫度升高的變化趨勢(100～500 K)，隨著溫度升高，發(fā)射半高寬值逐漸從34.1 nm增加至48.6 nm。這是因為溫度升高會增加發(fā)射聲子數(shù)，因此，發(fā)射半高寬逐漸變寬。

圖9 (a)K4CaGe3O9∶0.005Bi3+樣品隨溫度變化的發(fā)射光譜(7～300 K)；(b)發(fā)射光譜半高寬隨溫度變化曲線圖(100～500 K)。

4 結 論

本文通過高溫固相法合成了新穎的鉍激活高對稱性K4CaGe3O9∶Bi3+藍色窄帶發(fā)射熒光粉，并對其晶體結構、發(fā)光性能和發(fā)光熱穩(wěn)定性進行了詳細分析。K4CaGe3O9鍺酸鹽基質的晶系結構為立方晶系，其空間群為Pa-3。由于高對稱的晶體結構，Bi3+離子摻雜實現(xiàn)了超窄帶藍光發(fā)射，發(fā)射峰為400 nm，發(fā)射半高寬低至43 nm，并且其色純度高達94.5%。此外，K4CaGe3O9∶Bi3+熒光粉展現(xiàn)了卓越的發(fā)光熱穩(wěn)定性，當溫度升高至423 K時，發(fā)光強度可以保持在298 K時的83%。上述結果證明制備的K4CaGe3O9∶Bi3+藍色熒光粉展現(xiàn)了優(yōu)越的發(fā)光性能。這種在高對稱性晶體結構中摻雜Bi3+的設計思路可以為窄帶熒光粉的研發(fā)提供理論思路。

本文專家審稿意見及作者回復內容的下載地址：http://cjl.lightpublishing.cn/thesisDetails#10.37188/CJL.20210141.