便携式拉曼光谱仪在荧光粉材料鉴别中的应用

应用背景

能源紧缺是一个世界性的难题，节能是目前Z行之有效的解决方法之一。在照明节能方面，白光LED产业的发展已被纳入国家的发展战略中。荧光粉是实现白光LED的关键发光材料，通常是由基底材料和稀土元素掺杂组成，通过基底和稀土元素含量的调控，可以实现不同的发光波段和发光强度。常用的基底材料有硅酸盐、铝酸盐和氮化物等，通过稀土元素Ce、Eu等的掺杂，得到蓝色、绿色、黄色和红色波段的荧光粉。

应用原理

一定频率的激发光入射到样品，由于样品中化学键的振动，部分散射光的频率发生改变，即拉曼散射效应；散射光与入射光的频率的差异，通常称为斯托克斯位移（频率增加）和反斯托克斯位移（频率减小），可以反映化学键的振动频率。

应用举例

我们购买了LED用荧光粉（大连路明发光科技股份有限公司），并使用海洋光学的便携式拉曼光谱仪Accuman SR510进行拉曼光谱的探测。其中黄色荧光粉LMY系列为铝酸盐YAG荧光粉，化学性能稳定、光转化效率高，可被蓝光（450-470nm）有效激发，用于正白LED的封装，可应用于白光光源、显示背光源，照明，灯饰以及信号指示灯等；红色荧光粉LAM-R系列为稀土离子激活的碱土金属硅氮化物荧光粉。

1.对未知荧光粉的鉴别

实验室里有一瓶黄色的荧光粉，但是标签丢失，我们可以通过测量拉曼光谱与已知成分的荧光粉的拉曼光谱进行比较，结果如下：

我们可以看到，这瓶未知的黄色荧光粉是YAG成分。

2.不同荧光粉的对比

两种由YAG基底与不组成的荧光粉，分别表现为黄色和黄绿色，通过拉曼谱图的比较，我们可以清晰地看到它们之间的差异：

其中，黄色荧光粉通常掺杂Ce³⁺，而黄绿色荧光粉通常掺杂Eu³⁺，由于离子半径的差异，使得拉曼峰向低波数位移。

3.混合荧光粉的区分

我们将YAG黄色荧光粉和氮化物红色荧光粉混合。分析它们的拉曼光谱如下：

红色荧光粉的基底材料为碱土金属硅氮化物荧光粉，具有很强的M-N（M为金属元素）成键结合力，又含有M-O、Si-O等化学键，这些化学键的振动频率通常在1000 cm^-1以下，因此红色荧光粉在低波数区域具有较强的拉曼特征峰，而YAG黄色荧光粉的主要组成为 [AlO₆] 基团，其特征振动频率通常在1000 cm^-1以上，因此黄色荧光粉的拉曼特征峰分布在更高的波数区域。