拉曼在熒光粉材料鑒別中的應用

應用背景

能源緊缺是一個世界性的難題，節能是目前最行之有效的解決方法之一。在照明節能方面，白光LED產業的發展已被納入國家的發展戰略中。熒光粉是實現白光LED的關鍵發光材料，通常是由基底材料和稀土元素摻雜組成，通過基底和稀土元素含量的調控，可以實現不同的發光波段和發光強度。常用的基底材料有硅酸鹽、鋁酸鹽和氮化物等，通過稀土元素Ce、Eu等的摻雜，得到藍色、綠色、黃色和紅色波段的熒光粉。

應用原理

一定頻率的激發光入射到樣品，由于樣品中化學鍵的振動，部分散射光的頻率發生改變，即拉曼散射效應；散射光與入射光的頻率的差異，通常稱為斯托克斯位移（頻率增加）和反斯托克斯位移（頻率減小），可以反映化學鍵的振動頻率。

應用舉例

我們購買了LED用熒光粉（大連路明發光科技股份有限公司），并使用海洋光學的便攜式拉曼光譜儀Accuman SR510進行拉曼光譜的探測。其中黃色熒光粉LMY系列為鋁酸鹽YAG熒光粉，化學性能穩定、光轉化效率高，可被藍光（450-470nm）有效激發，用于正白LED的封裝，可應用于白光光源、顯示背光源，照明，燈飾以及信號指示燈等；紅色熒光粉LAM-R系列為稀土離子激活的堿土金屬硅氮化物熒光粉。

1.       對未知熒光粉的鑒別

實驗室里有一瓶黃色的熒光粉，但是標簽丟失，我們可以通過測量拉曼光譜與已知成分的熒光粉的拉曼光譜進行比較，結果如下：

我們可以看到，這瓶未知的黃色熒光粉是YAG成分。

2.       不同熒光粉的對比

兩種由YAG基底與不組成的熒光粉，分別表現為黃色和黃綠色，通過拉曼譜圖的比較，我們可以清晰地看到它們之間的差異：

其中，黃色熒光粉通常摻雜Ce3+，而黃綠色熒光粉通常摻雜Eu3+，由于離子半徑的差異，使得拉曼峰向低波數位移。

3.       混合熒光粉的區分

我們將YAG黃色熒光粉和氮化物紅色熒光粉混合。分析它們的拉曼光譜如下：

紅色熒光粉的基底材料為堿土金屬硅氮化物熒光粉，具有很強的M-N（M為金屬元素）成鍵結合力，又含有M-O、Si-O等化學鍵，這些化學鍵的振動頻率通常在1000 cm^-1以下，因此紅色熒光粉在低波數區域具有較強的拉曼特征峰，而YAG黃色熒光粉的主要組成為 [AlO₆] 基團，其特征振動頻率通常在1000 cm^-1以上，因此黃色熒光粉的拉曼特征峰分布在更高的波數區域。

推薦配置

光譜儀：Accuman SR 510便攜式拉曼光譜儀；

采樣附件：試劑瓶遮光夾具、玻片遮光夾具。

分析軟件：AcuRam。