红色荧光粉Ba7Zr(PO4)6:Sm3+的合成及其发光特性研究

2018-06-06 09:30:08 科教导刊·电子版 2018年6期

袁书含 朱革 辛双宇

摘 要 采用固相反应法首次制备了Sm3+掺杂的红色荧光材料Ba7Zr(PO4)6:Sm3+。通过 X 射线衍射和光致发光光谱研究了材料的相纯度和发光性能。光致发光发射光谱表明,Ba7Zr(PO4)6:xSm3+(0.005≤x≤0.04)可以吸收402 nm附近的近紫外光,并且在600nm附近表现出较强的红光发射。研究了Ba7Zr(PO4)6:Sm3+的最佳掺杂含量并计算了最佳样品的CIE色坐标。结果表明,红色荧光粉Ba7Zr(PO4)6:Sm3+在白光发光二极管中具有潜在的应用价值。

关键词 发光材料 发光性能 荧光粉

中图分类号:O482.31 文献标识码:A

0引言

在新兴的全球能源困境背景下,白光发光二极管(LED)与传统光源相比具有节能,效率高,寿命长和紧凑等众多优点,引起了人们的高度关注。在过去的几十年中,被稀土离子激活的荧光粉在许多领域显示出广泛的应用,例如固体激光,临床医学,显示照明和环境监测与监测。在稀土离子中,Sm3+(4f5)离子是用于分析发光性质的最有趣的活性离子之一,因为Sm3+离子的4G5/2能级通常表现出相对较高的量子效率。因此,Sm3+掺杂材料由于其在光存储器,辐射剂量测定,压力传感器,温度传感器,和白光LED中的应用越来越广泛而被深入研究。

磷酸盐荧光粉由于其制备温度低,在真空紫外区具有强吸收性,稳定的物理和化学性质以及低的煅烧温度而被广泛研究。本文针对基础研究和应用需求,开发了一种新型磷酸盐红色荧光粉Ba7Zr(PO4)6:Sm3+(BZP:Sm3+),并对其发光特性进行了的探讨。

1实验

在这项工作中,用固相反应合成Sm3+ 掺杂的Ba7Zr(PO4)6(BZP)样品。初始材料为分析纯的 CaCO3、ZrO2、(NH4)2HPO4 和 Sm2O3 (99.99%) 为原料。根据化学计量比将起始材料称重并在玛瑙研钵中用乙醇研磨约0.5-1小时。然后将混合物放入氧化鋁坩埚中,在1123K空气中预热4小时,然后再次研磨并在1523K空气中煅烧6小时。最后,样品以5K / min的速率缓慢冷却至室温。

利用日本理学 D/Max-2400 X 射线衍射仪 (XRD) 与识别晶体结构,采用FS5-MCS荧光分光光度计检测荧光光谱性能。

2结果和讨论

为了研究合成的BZP: xSm3+ (0≤x≤0.04) 荧光粉的相纯度和结晶性质,对BZP: xSm3+的粉末进行了XRD测试。图1显示了不同Sm3+含量的BZP:xSm3+荧光粉的一系列XRD图谱以及标准PDF卡片(JCPDF 33-0190)。可以看出,即使当掺杂含量增加到0.04时,在上述XRD图中也没有发现可检测到的杂质相。 所有XRD衍射峰与标准PDF卡完全匹配,表明获得的样品是单相的,说明Sm3+离子已成功进入BZP主体且不改变晶体结构。

在402nm的激发下,BZP:xSm3+(0.005≤x≤0.04)的发射光谱表现出一系列位于540-750nm的线状发射,主峰位于600nm处,其可归因于4G5/2激发态到6H5/2,6H7/2,6H9/2和6H11/2基态的内部4f跃迁,如图2所示。插图说明了BZP:xSm3+的发射强度与掺杂含量x之间的关系。 随着Sm3+离子含量x的增加,发现Sm3+离子的发射强度逐渐增加,在0.03时达到最大值,然后当浓度猝灭后Sm3+浓度进一步升高到0.04时突然下降影响。 随着Sm3+含量的增加,更多的Sm3+会与其他Sm3+配对或聚集,然后Sm3+之间发生有效的共振能量转移,伴随着一部分迁移到远处发光发生猝灭,导致发光猝灭。此外,基于发射光谱计算最佳样品BZP:0.03Sm3+样品的国际照明委员会(CIE)色坐标为(0.606,0.393)。

图3显示600 nm监控下得到的BZP:xSm3+(0.005≤x≤0.04)荧光粉的激发光谱。由于Sm3+离子有很多激发能级,能量失配非常小,因此很难单独归属Sm3+离子的所有激发峰。从图中看出,该激发光谱由位于300-500nm的一系列激发峰组成,其中在402nm处占主导的激发峰,可归因于从6H5/2基态到更高激发能级4F7/2的跃迁激发,如图3所示。(下转第297页)(上接第290页)其中402nm附近的强烈激发与当前近紫外(n-UV)LED芯片的发射波长相匹配,表明BZP:Sm3+荧光粉有潜力被应用在白光LED器件中。

3结论

首次通过高温固相反应制备了具有优异特性的红色荧光粉BZP:xSm3+(0.005≤x≤0.04)。通过XRD分析鉴定了相纯度,结果显示所有样品都是单相。激发和发射光谱表明,BZP:xSm3+(0.005≤x≤0.04)在紫外区域有较强的激发峰,主峰位于402nm,归属于Sm3+ 的6H5/2-4F7/2跃迁激发;在402nm激发下,BZP:Sm3+表现出主峰位于600nm的红光发射;研究还发现Sm3+的最佳掺杂浓度为0.03,CIE色坐标为(0.606,0.393)。研究结果表明,BZP:Sm3+具有优良的光致发光性能,可作为潜在的红色荧光粉用于白光LED方面。

致谢

感谢渤海大学创新创业与实践学院以及全国大学生创新创业项目对本工作的支持。

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