Mg2+掺杂Zn2SiO4:Mn2+的溶胶-凝胶法合成及真空紫外发光特性研究*
2010-09-08 06:05刘吉地王育华
物理学报 2010年5期
刘吉地 王育华
(兰州大学物理科学与技术学院，兰州730000)
(2009年8月3日收到;2009年9月23日收到修改稿)
Mg2+掺杂Zn2SiO4:Mn2+的溶胶-凝胶法合成及真空紫外发光特性研究*
刘吉地 王育华†
(兰州大学物理科学与技术学院，兰州730000)
(2009年8月3日收到;2009年9月23日收到修改稿)
采用溶胶-凝胶法(sol-gel method)于不同气氛条件下成功合成了Zn1.92－xMgxSiO4:0.08Mn2+(0≤x≤0.12)系列粉末样品.利用X射线衍射(XRD)、光致发光(PL)谱等分析手段对Zn1.92－xMgxSiO4:0.08Mn2+系列荧光粉的结构、晶胞参数、发光性能进行了表征.结果表明:Zn1.92－xMgxSiO4:0.08Mn2+样品中掺杂的Mg2+取代了Zn2+离子格位并形成MgO4四面体，由于MgO4基团约在154nm处有吸收，掺杂适量Mg2+提高了样品的发光强度，Mg最佳掺杂浓度约为0.06 mol;热处理气氛显著影响荧光粉的发光强度，前驱体在N2保护气氛下于1100℃保温4 h，缓冷至900℃于N2(95%)+H2(5%)的还原气氛下进行热处理，得到的系列荧光粉发光强度最强;经低温还原热处理所得最佳样品Zn1.86Mg0.06SiO4:0.08Mn2+的发光强度是商用粉的105%，衰减时间(3.89 ms)较商用粉缩短了1.33 ms.
Mg2+掺杂，Zn2SiO4:Mn2+，溶胶-凝胶法，真空紫外(VUV)
PACC:7855E，7855，3320N
1. 引言
等离子体显示器(PDP)因具有亮度均匀、视角广阔、画面响应速度快、绿色环保、重量轻等优点，成为优秀的视频显示设备和高清晰度电视的最佳显示屏幕［1—2］.PDP的性能和效率与其使用材料荧光粉［3—7］密切相关，Zn2SiO4作为发光基质，是一类含有有限硅氧基团的正硅酸盐，硅和锌两种原子分别以SiO4基团和ZnO4四面体的配位形式存在于该结构中.锰掺杂Zn2SiO［8—12］4中，Mn2+取代了Zn2+的位置形成发光中心，得到发光效率高、化学稳定性好、色纯度佳的绿色荧光粉，被广泛应用于等离子体显示器与无汞荧光灯等显示照明器件上. Zn2SiO4:Mn2+作为商用真空紫外发光材料引起了世界各国研究者的普遍关注，然而由于Mn2+的4T1→6A1跃迁是自旋和宇称双重禁戒，导致该荧光粉的余辉时间较长，还达不到显示显像技术的要求(<5 ms)，容易在显示中产生拖尾，影响画质，制约了其在PDP中的应用.
近年来，为了进一步改善Zn2SiO4:Mn2+的发光性能，Barthou等［13］提出增加激活剂离子Mn2+的浓度可以缩短荧光粉的余辉时间，但提高Mn2+浓度同时会降低荧光粉的发光强度.Pappalardo等［14—17］发现在基质中掺杂一些其他金属离子(Cr3+，Cd2+，Fe2+，Gd3+，Ba2+，Ga3+等)可改变荧光粉的发光强度和余辉时间，但效果并不明显.如掺杂Cr3+，Ba2+金属离子虽能缩短荧光粉的余辉时间，同时却降低了发光强度;Cd2+，Fe2+的掺入使发光减弱、余辉延长;Ga3+在提高发光强度的同时，却延长了荧光粉的余辉时间.基于上述原因，亟需寻求一种或多种掺杂离子，既能明显提高荧光粉的发光强度，又能有效缩短其余辉时间.由于Mg2+和Zn2+的离子半径比较接近(Zn2+为0.074nm，Mg2+为0.072nm)，MgO4基团的吸收能量约为8.1eV(154nm)，和激活剂Mn2+之间可能会存在能量传递，故考虑在硅酸锌基质中掺杂Mg2+［18］，通过调整Mg2+掺杂浓度考察其对荧光粉发光强度和衰减时间的影响，并对Mg2+掺杂硅酸锌荧光粉发光性能的变化机理进行深入地探讨.另一方面，Zn2SiO4:Mn2+荧光粉的性能与其制备工艺有关［10］，发光材料的制备通常采用高温固相反应法(solid state reaction method)，由于反应温度高，晶粒尺寸大、晶粒形状不规则，尺寸分布范围广等缺点，在很大程度上降低了材料的发光性能［12］.溶胶-凝胶法作为近年来发展起来的一种新的湿化学合成方法［10，19］，其热处理温度比高温固相反应温度低，产品的纯度高，均匀性好，因此有着广阔的应用前景.此外，溶胶-凝胶法所得样品的后续热处理工艺和气氛环境对荧光粉的发光性能影响较大，较之空气环境，N2保护或H2还原气氛(防止Mn2+被氧化成Mn4+等高价态，使发光中心Mn2+离子的数量得到有效保证)均能明显提高样品的发光强度.鉴于成分配比和合成工艺对荧光粉性能的影响，为了进一步提高荧光粉发光强度和缩短余辉时间，在前期工作的基础上［17，18，20，21］，本文首次将Mg2+掺杂、溶胶-凝胶法和不同气氛热处理(N2保护、95%N2+5%H2还原)等有效手段结合起来，合成了Mg2+掺杂Zn2SiO4:Mn2+系列荧光粉，并系统研究了其真空紫外(VUV)发光特性.
2. 实验
本实验以Zn(NO3)2·6H2O(99%)，Mg (NO3)2·6H2O(99%)，Mn(CH3COO)2·4H2O (99%)和Si(C2H5O)4(SiO2含量为28.0%)为初始原料，按化学计量比Zn1.92－xMgxSiO4:0.08Mn2+(0≤x≤0.20)用电子天平精确称取适量初始原料，首先在正硅酸乙酯中加入适量乙醇形成TEOS的乙醇溶液，然后将硝酸锌、醋酸锰、硝酸镁等初始原料置入TEOS的乙醇溶液中，超声波分散下形成均匀的混合溶液，缓慢滴加稀氨水，经不断搅拌后形成半透明的溶胶，然后在空气中静置1—2 d形成凝胶，将凝胶于110℃烘箱中烘干，然后将干凝胶研成粉末分别于管式炉不同气氛下进行热处理:1)空气环境下于1100℃保温4 h;2)N2保护气氛下于1100℃保温4 h;3)N2保护气氛下先于1100℃保温4 h，随后缓冷至900℃于95%N2+5%H2还原气氛下保温1 h.以上样品最后均随炉冷却至室温经研磨便得到白色粉末样品，即为Zn1.92－xMgxSiO4:0.08Mn2+系列样品.
粉末样品的物相采用Rigaku D/max–2400型X射线粉末衍射仪进行检测，工作条件为40 kV/ 60mA，X射线发生器采用CuKα，射线束波长为1.54178，扫描步进为0.02°，扫描范围为10—80°. VUV性质通过FLS920T分光光度计和VM504真空紫外单色器进行测试，其激发光谱通过水杨酸钠在相同的测试条件下进行校正.
3. 结果与讨论
3.1. XRD结果分析
采用溶胶-凝胶法于管式炉不同气氛下制备的Mg2+掺杂系列样品，经XRD检测均为硅酸锌单相.图1给出了Zn1.92－xMgxSiO4:0.08Mn2+(0≤x≤0.10)在还原气氛3)下所得系列样品的X射线衍射图谱，通过XRD分析可知所得系列样品衍射峰形一致，指标化后均为六方硅酸锌(willemite)单相，与标准卡片JCPDS 37－1485符合得很好.由图可见，随着镁元素掺杂量的增加，没有出现杂质峰，这主要是由于镁橄榄石Mg2SiO4和硅锌矿Zn2SiO4部分互溶，在掺杂少量的Mg2+离子时，Mg2+可进入Zn2+格位形成固溶体.图2给出了Zn1.92－xMgxSiO4: 0.08Mn2+(0≤x≤0.10)系列样品的晶胞参数(a，c)随Mg2+浓度变化曲线.从图中可看出，在x≤0.10时，随着Mg2+浓度的增大，样品的晶胞参数a和c值都呈减小的趋势，这主要是由于Zn2+和Mg2+的半径非常接近(Zn2+为0.074nm，Mg2+为0.072nm)［22］，同时也表明Mg2+掺杂系列样品中Mg2+取代了Zn2+的位置进入Zn2+的格点.
3.2. Zn1.92－xMgxSiO4:0.08Mn2+(0真空紫外激发过程分为发光中心的直接激发和基质晶格将部分能量传递给发光中心的间接激发，图3是在525nm监控下Zn1.92SiO4:0.08Mn2+和Zn1.86Mg0.06SiO4:0.08Mn2+荧光粉的激发光谱(100—300nm).从图中可看出，光谱(a)主要是由位于158nm，174nm，191nm，245nm和275nm的激发带构成.根据文献报道［23］，位于158nm处的激发峰属于［ZnO4］基团的吸收;位于174nm处的激发峰可归属于［SiO4］基团的吸收;位于191nm的激发峰是属于Mn2+的3d5→3d44s跃迁吸收［24］;位于245nm的激发峰主要属于Mn2+－O2－电荷转移跃迁吸收，位于275nm的吸收峰属于Mn2+内部的基态能级6A1向4A2(4F)的跃迁［25］.根据Dexter［26，27］理论，从130nm到200nm的光谱重叠可看出样品在真空紫外区存在从基质到Mn2+的能量传递，能量是通过交换作用传递的.较之光谱(a)，光谱(b)中位于158nm处的激发峰明显增强，光谱强度的增加可归属于MgO4基团的吸收［28］，并且根据130—220nm的光谱重叠，可知MgO4基团和发光中心Mn2+离子之间存在有效的能量传递［26，27］.
图1 不同Mg2+掺杂浓度Zn1.92－xMgxSiO4:0.08Mn(0≤x≤0.10)的XRD图
图2 Zn1.92－xMgxSiO4:0.08Mn2+(0≤x≤0.10)粉末样品的晶胞参数随Mg2+浓度的变化关系
图3 Zn1.92SiO4:0.08Mn2+(a)和Zn1.86Mg0.06SiO4:0.08Mn2+(b)的激发光谱
荧光粉的发光强度会随热处理气氛、掺杂离子浓度的不同而发生变化，图4给出了不同煅烧气氛下Zn1.92－xMgxSiO4:0.08Mn2+(0≤x≤0.12)系列样品的发光强度随Mg2+浓度的变化关系.从图中可看出N2保护和低温还原两种气氛下所得样品的发光强度明显高于空气环境下制备的样品，经过低温还原处理的样品的发光强度最强，略高于只用N2保护气氛.这是因为在Zn1.92－xMgxSiO4:0.08Mn2+系列荧光粉的制备过程中，发光中心Mn2+容易被氧化成Mn4+等高价态，使用N2保护可部分防止Mn2+的氧化，使用还原气氛可使Mn4+还原为Mn2+，成为有效的绿色发光中心，当发光中心Mn2+的数目越多，其发光强度就越强.此外，在相同煅烧气氛下，掺杂适量的Mg2+离子可以提高荧光粉的发光强度，开始随着x的增加样品的发光强度逐渐增强，约在x= 0.06处达到最大值;当Mg掺杂浓度x>0.06时，样品的发光强度随着x的增加而逐渐下降，因此Mg的最佳掺杂浓度为0.06mol.掺杂适量Mg2+离子后，样品的发光强度有明显的提高，主要归因于MgO4基团能够吸收VUV光子，并将能量有效地传递给发光中心Mn2+.
图5是荧光粉单掺锰样品(a)Zn1.92SiO4: 0.08Mn2+，(b)商用粉和Mn2+，Mg2+共掺发光最佳样品(c)Zn1.86Mg0.06SiO4:0.08Mn2+在147nm激发下的发射光谱.从图中可看出三个样品的最强发射峰为位于527nm处的宽带峰，属于Mn2+的3d电子组态内自旋禁戒的4T1→6A1跃迁发射.掺杂Mg2+离子后样品的发光强度有明显的提高，Zn1.86Mg0.06SiO4:0.08Mn2+荧光粉的发光强度比样品Zn1.92SiO4:0.08Mn2+提高了13%，是商用粉发光强度的105%.
图4 不同气氛下Zn1.92－xMgxSiO4:0.08Mn2+(0≤x≤0.12)样品中Mg2+浓度与发光强度的关系
图5 样品(a)Zn1.92SiO4:0.08Mn2+，(b)商用粉和(c)Zn1.86Mg0.06SiO4:0.08Mn2+在147nm激发下的发射光谱
对于发光材料而言，色坐标是衡量其色质好坏的一个重要参数.表1列出了Zn1.92－xMgxSiO4: 0.08Mn2+(0≤x≤0.12)系列样品的色坐标值(x，y).由表可知，Mg2+离子的少量引入没有对Zn1.92SiO4:0.08Mn2+荧光粉的色坐标及色纯度产生明显影响.图6给出了荧光粉Zn1.92SiO4:0.08Mn2+和Zn1.86Mg0.06SiO4:0.08Mn2+的色坐标在CIE 1931色品图中的位置.由图知掺杂Mg2+离子后，荧光粉的色坐标基本没变，能够完全满足显示显像技术的要求.
表1 Zn1.92－xMgxSiO4:0.08Mn2+(0≤x≤0.12)系列荧光粉的色坐标值
图6 荧光粉(a)Zn1.92SiO4:0.08Mn2+和(b)Zn1.86Mg0.06SiO4: 0.08Mn2+的色坐标
3.3. 荧光粉衰减曲线分析
除了发光强度、色纯度外，发光材料的余辉时间对于其在显示器件上的应用有着至关重要的制约作用.图7给出了商用粉、样品Zn1.92SiO4: 0.08Mn2+和Zn1.86Mg0.06SiO4:0.08Mn2+在147nm激发下以525nm为监控的衰减曲线.衰减曲线可利用下式进行拟合:
拟合后三样品的τ1/e余辉时间分别为:(a)5.22 ms，(b)4.23 ms和(c)3.89 ms.其中商用粉的余辉时间最长，约为5.22 ms;Mg掺杂样品Zn1.86Mg0.06SiO4:0.08Mn2+的余辉时间最短，比商用粉余辉时间缩短了1.33 ms.这是由于样品中掺杂Mg2+后，由于Mg2+和Mn2+之间存在能量传递以致荧光粉余辉的衰减速度加快，即余辉时间缩短.
图7 样品(a)商用粉，(b)Zn1.92SiO4:0.08Mn2+和(c)Zn1.86Mg0.06SiO4:0.08Mn2+的衰减曲线
4. 结论
采用溶胶-凝胶法于不同煅烧气氛下制备的Mg2+掺杂系列样品，经XRD检测均为硅酸锌单相. Zn1.92SiO4:0.08Mn2+样品中掺杂适量Mg2+，提高了样品的发光强度，这是由于MgO4基团能够吸收VUV光子，并将能量有效地传递给发光中心Mn2+，Mg2+最佳掺杂浓度为0.06 mol.不同热处理气氛对荧光粉的发光强度有很大影响，氮氢混合气氛下制备的荧光粉发光强度最强，其中Mg2+掺杂最佳样品Zn1.86Mg0.06SiO4:0.08Mn2+的发光强度是商用粉的105%，相对Zn1.92SiO4:0.08Mn2+提高了13%，衰减时间(3.89 ms)比商用粉(5.22 ms)缩短了1.33 ms.
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PACC:7855E，7855，3320N
*Project supported by the National Natural Science Foundation of China(Grant No.10874061)and the Industry and Research by the Ministry of Education and Guangdong Province(Grant No.0712226100023).
†Corresponding author.E-mail:wyh@lzu.edu.cn
Synthesis and luminescent properties of Mg2+doped Zn2SiO4:Mn2+phosphor under VUV excitation*
Liu Ji-Di Wang Yu-Hua†
(School of Physical Science and Technology，Lanzhou University，Lanzhou730000，China)
(Received 3 August 2009;revised manuscript received 23 September 2009)
A series of phosphors of Zn1.92－xMgxSiO4:0.08Mn(0≤x≤0.12)were successfully synthesized at various heating atmosphere via sol-gel method.The structure and luminescent properties of the samples were characterized by X-ray diffractometer(XRD)and the FLS920T Spectrophotometer，respectively.The results indicated that in the Zn1.92SiO4: 0.08Mn system，the Mg2+doped could substitute for the Zn2+site and result in the decrease of lattice parameters.The absorption band of the MgO4cluster was located at about 154nm in vacuum ultraviolet region.Mg2+ion doping has favorable influence on the photoluminescence properties of Zn2SiO4:Mn2+，the optimum concentration of Mg2+being 0.06 mol under 147nm excitation.The emission intensity of Zn1.92－xMgxSiO4:0.08Mn2+phosphors calcined in the mixture of nitrogen and hydrogen were stronger than those of the phosphors calcined in other heating atmospheres，and the emission intensity of Zn1.86Mg0.06SiO4:0.08Mn2+calcined in the mixture of N2and H2was 113%of that of Zn1.92SiO4:0.08Mn2+，being 5%higher than that of commercial phosphor.After Mg2+doping the decay time of phosphor was much shortened and the decay time of Zn1.86Mg0.06SiO4:0.08Mn2+was 3.89 ms，which was shorter by 1.33 ms than that of commercial product.
Mg2+doped，Zn2SiO4:Mn2+，sol-gel method，vacuum ultraviolet(VUV)
book=114,ebook=114
10.1016/ j.cie.2009.05.008
*国家自然科学基金(批准号:10874061)，广东省教育部产学研结合项目(批准号:0712226100023)资助的课题.
†通讯联系人.E-mail:wyh@lzu.edu.cn
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真空紫外激发过程分为发光中心的直接激发和基质晶格将部分能量传递给发光中心的间接激发，图3是在525nm监控下Zn1.92SiO4:0.08Mn2+和Zn1.86Mg0.06SiO4:0.08Mn2+荧光粉的激发光谱(100—300nm).从图中可看出，光谱(a)主要是由位于158nm，174nm，191nm，245nm和275nm的激发带构成.根据文献报道［23］，位于158nm处的激发峰属于［ZnO4］基团的吸收;位于174nm处的激发峰可归属于［SiO4］基团的吸收;位于191nm的激发峰是属于Mn2+的3d5→3d44s跃迁吸收［24］;位于245nm的激发峰主要属于Mn2+－O2－电荷转移跃迁吸收，位于275nm的吸收峰属于Mn2+内部的基态能级6A1向4A2(4F)的跃迁［25］.根据Dexter［26，27］理论，从130nm到200nm的光谱重叠可看出样品在真空紫外区存在从基质到Mn2+的能量传递，能量是通过交换作用传递的.较之光谱(a)，光谱(b)中位于158nm处的激发峰明显增强，光谱强度的增加可归属于MgO4基团的吸收［28］，并且根据130—220nm的光谱重叠，可知MgO4基团和发光中心Mn2+离子之间存在有效的能量传递［26，27］.
图1 不同Mg2+掺杂浓度Zn1.92－xMgxSiO4:0.08Mn(0≤x≤0.10)的XRD图
图2 Zn1.92－xMgxSiO4:0.08Mn2+(0≤x≤0.10)粉末样品的晶胞参数随Mg2+浓度的变化关系
图3 Zn1.92SiO4:0.08Mn2+(a)和Zn1.86Mg0.06SiO4:0.08Mn2+(b)的激发光谱
荧光粉的发光强度会随热处理气氛、掺杂离子浓度的不同而发生变化，图4给出了不同煅烧气氛下Zn1.92－xMgxSiO4:0.08Mn2+(0≤x≤0.12)系列样品的发光强度随Mg2+浓度的变化关系.从图中可看出N2保护和低温还原两种气氛下所得样品的发光强度明显高于空气环境下制备的样品，经过低温还原处理的样品的发光强度最强，略高于只用N2保护气氛.这是因为在Zn1.92－xMgxSiO4:0.08Mn2+系列荧光粉的制备过程中，发光中心Mn2+容易被氧化成Mn4+等高价态，使用N2保护可部分防止Mn2+的氧化，使用还原气氛可使Mn4+还原为Mn2+，成为有效的绿色发光中心，当发光中心Mn2+的数目越多，其发光强度就越强.此外，在相同煅烧气氛下，掺杂适量的Mg2+离子可以提高荧光粉的发光强度，开始随着x的增加样品的发光强度逐渐增强，约在x= 0.06处达到最大值;当Mg掺杂浓度x>0.06时，样品的发光强度随着x的增加而逐渐下降，因此Mg的最佳掺杂浓度为0.06mol.掺杂适量Mg2+离子后，样品的发光强度有明显的提高，主要归因于MgO4基团能够吸收VUV光子，并将能量有效地传递给发光中心Mn2+.
图5是荧光粉单掺锰样品(a)Zn1.92SiO4: 0.08Mn2+，(b)商用粉和Mn2+，Mg2+共掺发光最佳样品(c)Zn1.86Mg0.06SiO4:0.08Mn2+在147nm激发下的发射光谱.从图中可看出三个样品的最强发射峰为位于527nm处的宽带峰，属于Mn2+的3d电子组态内自旋禁戒的4T1→6A1跃迁发射.掺杂Mg2+离子后样品的发光强度有明显的提高，Zn1.86Mg0.06SiO4:0.08Mn2+荧光粉的发光强度比样品Zn1.92SiO4:0.08Mn2+提高了13%，是商用粉发光强度的105%.
图4 不同气氛下Zn1.92－xMgxSiO4:0.08Mn2+(0≤x≤0.12)样品中Mg2+浓度与发光强度的关系
图5 样品(a)Zn1.92SiO4:0.08Mn2+，(b)商用粉和(c)Zn1.86Mg0.06SiO4:0.08Mn2+在147nm激发下的发射光谱
对于发光材料而言，色坐标是衡量其色质好坏的一个重要参数.表1列出了Zn1.92－xMgxSiO4: 0.08Mn2+(0≤x≤0.12)系列样品的色坐标值(x，y).由表可知，Mg2+离子的少量引入没有对Zn1.92SiO4:0.08Mn2+荧光粉的色坐标及色纯度产生明显影响.图6给出了荧光粉Zn1.92SiO4:0.08Mn2+和Zn1.86Mg0.06SiO4:0.08Mn2+的色坐标在CIE 1931色品图中的位置.由图知掺杂Mg2+离子后，荧光粉的色坐标基本没变，能够完全满足显示显像技术的要求.
表1 Zn1.92－xMgxSiO4:0.08Mn2+(0≤x≤0.12)系列荧光粉的色坐标值
图6 荧光粉(a)Zn1.92SiO4:0.08Mn2+和(b)Zn1.86Mg0.06SiO4: 0.08Mn2+的色坐标
3.3. 荧光粉衰减曲线分析
除了发光强度、色纯度外，发光材料的余辉时间对于其在显示器件上的应用有着至关重要的制约作用.图7给出了商用粉、样品Zn1.92SiO4: 0.08Mn2+和Zn1.86Mg0.06SiO4:0.08Mn2+在147nm激发下以525nm为监控的衰减曲线.衰减曲线可利用下式进行拟合:
拟合后三样品的τ1/e余辉时间分别为:(a)5.22 ms，(b)4.23 ms和(c)3.89 ms.其中商用粉的余辉时间最长，约为5.22 ms;Mg掺杂样品Zn1.86Mg0.06SiO4:0.08Mn2+的余辉时间最短，比商用粉余辉时间缩短了1.33 ms.这是由于样品中掺杂Mg2+后，由于Mg2+和Mn2+之间存在能量传递以致荧光粉余辉的衰减速度加快，即余辉时间缩短.
图7 样品(a)商用粉，(b)Zn1.92SiO4:0.08Mn2+和(c)Zn1.86Mg0.06SiO4:0.08Mn2+的衰减曲线
4. 结论
采用溶胶-凝胶法于不同煅烧气氛下制备的Mg2+掺杂系列样品，经XRD检测均为硅酸锌单相. Zn1.92SiO4:0.08Mn2+样品中掺杂适量Mg2+，提高了样品的发光强度，这是由于MgO4基团能够吸收VUV光子，并将能量有效地传递给发光中心Mn2+，Mg2+最佳掺杂浓度为0.06 mol.不同热处理气氛对荧光粉的发光强度有很大影响，氮氢混合气氛下制备的荧光粉发光强度最强，其中Mg2+掺杂最佳样品Zn1.86Mg0.06SiO4:0.08Mn2+的发光强度是商用粉的105%，相对Zn1.92SiO4:0.08Mn2+提高了13%，衰减时间(3.89 ms)比商用粉(5.22 ms)缩短了1.33 ms.
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PACC:7855E，7855，3320N
*Project supported by the National Natural Science Foundation of China(Grant No.10874061)and the Industry and Research by the Ministry of Education and Guangdong Province(Grant No.0712226100023).
†Corresponding author.E-mail:wyh@lzu.edu.cn
Synthesis and luminescent properties of Mg2+doped Zn2SiO4:Mn2+phosphor under VUV excitation*
Liu Ji-Di Wang Yu-Hua†
(School of Physical Science and Technology，Lanzhou University，Lanzhou730000，China)
(Received 3 August 2009;revised manuscript received 23 September 2009)
A series of phosphors of Zn1.92－xMgxSiO4:0.08Mn(0≤x≤0.12)were successfully synthesized at various heating atmosphere via sol-gel method.The structure and luminescent properties of the samples were characterized by X-ray diffractometer(XRD)and the FLS920T Spectrophotometer，respectively.The results indicated that in the Zn1.92SiO4: 0.08Mn system，the Mg2+doped could substitute for the Zn2+site and result in the decrease of lattice parameters.The absorption band of the MgO4cluster was located at about 154nm in vacuum ultraviolet region.Mg2+ion doping has favorable influence on the photoluminescence properties of Zn2SiO4:Mn2+，the optimum concentration of Mg2+being 0.06 mol under 147nm excitation.The emission intensity of Zn1.92－xMgxSiO4:0.08Mn2+phosphors calcined in the mixture of nitrogen and hydrogen were stronger than those of the phosphors calcined in other heating atmospheres，and the emission intensity of Zn1.86Mg0.06SiO4:0.08Mn2+calcined in the mixture of N2and H2was 113%of that of Zn1.92SiO4:0.08Mn2+，being 5%higher than that of commercial phosphor.After Mg2+doping the decay time of phosphor was much shortened and the decay time of Zn1.86Mg0.06SiO4:0.08Mn2+was 3.89 ms，which was shorter by 1.33 ms than that of commercial product.
Mg2+doped，Zn2SiO4:Mn2+，sol-gel method，vacuum ultraviolet(VUV)
book=114,ebook=114
10.1016/ j.cie.2009.05.008
*国家自然科学基金(批准号:10874061)，广东省教育部产学研结合项目(批准号:0712226100023)资助的课题.
†通讯联系人.E-mail:wyh@lzu.edu.cn
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