http://www.paper.edu.cnEu2+激活钡镁多铝酸盐蓝色荧光粉结构与发光原理王峰中国地质大学（武汉）材料科学与化学工程学院(430074)E-mail：wf0912@163.com摘要：研究了二价铕离子激活钡镁多铝酸盐蓝色荧光粉（BaMgAl10O17:Eu2+）中稀土离子Eu2+及基质BaMgAl10O17的结构与发光性能的关系，探讨其发光原理，并对影响发光性能的因素作了简要阐述。关键词：铕激活多铝酸镁钡、铕（Ⅱ）、微观结构、发光原理、影响因素1.引言我国是世界稀土资源最丰富的国家，因此在当今的发光材料和激光材料的研究和国民经济及国家安全的实际应用中，稀土发光和激光材料占主导和最重要地位，进入新世纪后，随着一些高新技术的发展和兴起，稀土发光材料科学技术又步入一个新的活跃期。将使稀土发光材料在彩电、显像管、计算机显示器、照明、医学、核物理和辐射场、军事等领域得到广泛的应用。稀土是一个巨大的发光材料宝库，元素周期表中，从原子序数57-71的15个镧系元素加上钪和钇共17个稀土元素，无论它们被用作发光或荧光材料的基质成分，还是被用作激活剂，一般统称为稀土发光材料或稀土荧光材料。在人类开发的各种发光材料中，稀土元素发挥着非常重要的作用[1]。物质发光现象大致分为两类：一类是物质受热，产生热辐射而发光；另一类是物体受激发吸收能量而跃迁至激发态（非稳定态）在返回到基态的过程中，以光的形式放出能量。以稀土化合物为基质和以稀土元素为激活剂的发光材料多属于后一类，即稀土荧光粉。因为稀土元素原子的电子构型中存在4f轨道，当4f电子从高的能级以辐射弛豫的方式跃迁至低能级时就发出不同波长的光。稀土元素原子具有丰富的电子能级，为多种能级跃迁创造了条件，从而获得多种发光性能。稀土荧光材料与相应的非稀土荧光材料相比，其发光效率及光色等性能都更胜一筹[2]。1974年荷兰菲利浦的J.M.P.J.Verstegen先后合成了稀土铝酸盐3+(Ce,Tb)MgAl11O19(545nm)绿粉，(Ba，Mg，Eu)3Al16O27(450nm)蓝粉和Y2O3:Eu(611nm)红粉三基色荧光粉，经过几十年的发展，其各方面性能得到不断改善和提高[3]。在三基色荧光粉中，蓝粉的作用主要在于提高光效、改善显色性，蓝粉的发射波长和光谱功率分布对紧凑型荧光灯的光效、色温、光衰和显色性都有较大影响[1]。蓝粉的光谱功率分布与其基质成分密切相2+2+关。目前实用的主要是Eu激活的铝酸盐和卤磷酸盐。本文着眼于BaMgAl10O17:Eu（BAM）的微观结构，探讨其发光原理以及影响发光性能的因素。2.稀土Eu2+的结构及荧光光谱稀土Eu2+是非正常价态的稀土，具有独特的电子结构和化学性质，引起了人们极大的研-1-http://www.paper.edu.cn究兴趣。Eu2+是重要的低价稀土离子，含Eu2+固体化合物作为短波紫外激光材料和荧光材料显示出优良的性能，它已越来越广泛地应用于激光、荧光、光激励发光及电发光等高技术领域。因此深入开展含Eu2+固体化合物的发光研究，有着重要的理论意义和实际意义[4]。1974年，Sugar和Spector[5]对Eu2+的光谱项作了详细研究，解释了4f65d、4f65s、4f66p等多重谱项，这项工作对指认固体中Eu2+的吸收光谱有很大帮助，吸收光谱在紫外区一般有二个宽带，对晶体结构较为敏感的宽带是由基态到4f65d激发态的跃迁产生的，这种跃迁是电偶极允许的，跃迁强度较大，而f-f组态内的跃迁，是宇称禁阻的，跃迁强度小且常常被掩盖。掺杂Eu2+就是把Eu2+作为激活离子掺于基质中，基质一般是一些不发光的物质，如碱金属、碱土金属的卤化物、磷酸盐、碱金属与稀土形成的复合氟化物等。当形成这类化合物时，Eu2+通常取代基质阳离子，并且受晶体场的影响。例如在萤石结构的基质中，Eu2+具有立方对称的晶体格位，八配位，作用于Eu2+的晶体场使得五重简并的d轨道能级分裂为Eg和T2g能级，分裂能记为10Dq[6]。在岩盐中的Eu2+，为六配位，5d能级分裂为T2g和Eg，T2g低于Eg能级，与八配位相反。2+787Eu的能级见图1，基态能级为4f(S7/2)，有7个电子，最低激发态可能由4f能级形成，777例如：6P7/2、6P5/2等，也可能是4f65d能级，它有6个f电子，能级谱项记为：F0、F1、F2……7F6。如果不考虑6个电子的相互作用，4f5d中的5d轨道在立方场中将分裂为Eg和T2g，如果4f电子与5d相互作用较强时，能级混杂程度加强，会给出许多吸收或激发的谱带；如果相互作用减弱，光谱带减少。