Eu3＋摻雜Sr3RAl2O7.5（R＝Y(jié)，Lu）粉末的發(fā)光性質(zhì)

于立軍，李 冰，楊繼凱

（長春師范大學(xué)物理學(xué)院，吉林長春130012）

Eu3＋摻雜Sr3RAl2O7.5（R＝Y(jié)，Lu）粉末的發(fā)光性質(zhì)

于立軍，李 冰，楊繼凱

（長春師范大學(xué)物理學(xué)院，吉林長春130012）

通過分解硝酸鹽的方法制備了Eu3＋摻雜Sr3RAl2O7.5（R＝Y(jié)，Lu）的粉末，并在紫外光激發(fā)下對(duì)2種樣品的激發(fā)光譜和發(fā)射光譜進(jìn)行了研究.結(jié)果表明：Eu3＋在不同局域環(huán)境下表現(xiàn)出不同的發(fā)光特性；改變基質(zhì)成分能調(diào)節(jié)稀土離子Eu3＋的發(fā)光特性.

發(fā)光；稀土離子；Sr3YAl2O7.5；Sr3LuAl2O7.5

目前，稀土離子摻雜的材料廣泛應(yīng)用到彩色顯示器、光信息存儲(chǔ)、生物醫(yī)療、溫度傳感器等光學(xué)設(shè)備上［1－2］.該類氧化物具有高化學(xué)穩(wěn)定性、良好的熱穩(wěn)定性以及與稀土離子結(jié)合穩(wěn)定等特殊優(yōu)點(diǎn)，因此，稀土離子摻雜氧化物材料的發(fā)光性能得到了人們廣泛關(guān)注［3－6］.

由于稀土離子Eu3＋在紅光區(qū)域具有很強(qiáng)的發(fā)射帶［7－13］，因此Eu3＋摻雜材料廣泛應(yīng)用到熒光燈和彩色TV監(jiān)控器上.另外，光學(xué)活性稀土離子的基質(zhì)環(huán)境對(duì)光學(xué)躍遷產(chǎn)生重要的影響［14］.對(duì)于Sr3YAl2O7.5和Sr3LuAl2O7.5的化合物，盡管它們具有相同的空間結(jié)構(gòu)，但是Lu3＋半徑略小于Y3＋半徑，這將導(dǎo)致基質(zhì)環(huán)境具有很大的不同.Y的氧化物價(jià)帶能級(jí)主要是氧的2p軌道構(gòu)成，而Lu的氧化物價(jià)帶頂主要由Lu的4f軌道構(gòu)成［15－17］，因此稀土離子摻雜在相同空間結(jié)構(gòu)的Sr3YAl2O7.5和Sr3LuAl2O7.5氧化物中的發(fā)光性質(zhì)必然不同.我們?cè)?jīng)在Yb3＋／Ho3＋共摻雜的Sr3RAl2O7.5（R＝Y(jié)，Lu）的材料中，發(fā)現(xiàn)Ho3＋在這2種基質(zhì)材料中表現(xiàn)出完全不同的上轉(zhuǎn)換發(fā)光性能［18］.但是關(guān)于Eu3＋摻雜Sr3RAl2O7.5（R＝Y(jié)，Lu）材料的下轉(zhuǎn)換發(fā)光性能的研究未見報(bào)道.因此，本文通過分解硝酸鹽的方法獲得了Eu3＋摻雜Sr3RAl2O7.5（R＝Y(jié)，Lu）的粉末，研究了Eu3＋在這2種基質(zhì)材料中的下轉(zhuǎn)換發(fā)光性能.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

試劑：Al（NO3）3·9H2O，Y2O3，Lu2O3，Sr2CO3，Eu2O3和HNO3均為分析純；硝酸鹽通過相應(yīng)的氧化物和稀硝酸反應(yīng)合成.

儀器：JSM－5600LV掃描電鏡（SEM）；D－500XRD儀；氙燈激發(fā)源的HITACHI F－4500熒光光譜儀.

1.2 實(shí)驗(yàn)過程

在硝酸鹽溶液中根據(jù)Sr3R0.99Eu0.01Al2O7.5（R＝Y(jié)，Lu）的組成進(jìn)行配制，然后將配制好的溶液放入柄皿中加熱蒸發(fā)1h，發(fā)現(xiàn)溶液變成黃色凝膠.在400℃溫度下將得到的黃色凝膠恒溫加熱2h，然后再升溫至1 200℃，恒溫?zé)Y(jié)10h，得到Eu3＋摻雜Sr3YAl2O7.5和Sr3LuAl2O7.5白色粉末樣品.

2 結(jié)構(gòu)與討論

2.1 XRD和SEM

Eu3＋摻雜Sr3RAl2O7.5（R＝Y(jié)，Lu）粉末的XRD譜見圖1.從圖1可以看到Sr3YAl2O7.5和Sr3LuAl2O7.5的特征衍射峰，沒有觀測(cè)到其他氧化物雜質(zhì)峰，這說明我們已經(jīng)合成了Eu3＋摻雜Sr3RAl2O7.5（R＝Y(jié)，Lu）的樣品.Eu3＋摻雜Sr3RAl2O7.5（R＝Y(jié)，Lu）粉末的SEM照片見圖2.從圖2中看出2個(gè)樣品中的粒子均沒有規(guī)則的形狀，并且都有粒子團(tuán)聚現(xiàn)象存在.另外，發(fā)現(xiàn)Eu3＋摻雜Sr3LuAl2O7.5樣品中形成的團(tuán)聚粒子比Eu3＋摻雜Sr3YAl2O7.5樣品中形成的團(tuán)聚粒子小.

圖1 Eu3＋摻雜Sr3RAl2O7.5（R＝Y(jié)，Lu）粉末的XRD譜

圖2 Eu3＋摻雜Sr3RAl2O7.5（R＝Y(jié)，Lu）粉末的SEM照片

2.2 發(fā)射光譜

在248nm激光激發(fā)下，Eu3＋摻雜Sr3YAl2O7.5粉末的發(fā)射光譜見圖3a.在242nm激光激發(fā)下Eu3＋摻雜Sr3LuAl2O7.5的發(fā)射光譜見圖3b.在2種樣品中，都觀測(cè)到530～545nm，575～585nm，585～604nm和604～640nm波段的光譜發(fā)射帶.這些發(fā)射帶都是Eu3＋的特征發(fā)射峰，分別由Eu3＋能級(jí)5D1→7F1，5D0→7F0，5D0→7F1和5D0→7F2之間的躍遷產(chǎn)生的.

圖3 Eu3＋摻雜Sr3RAl2O7.5（R＝Y(jié)，Lu）粉末的發(fā)射光譜

2種基質(zhì)材料中的能級(jí)躍遷波長見表1.由表1可見：對(duì)于Eu3＋的能級(jí)5D0→7F1的躍遷而言，Eu3＋摻雜Sr3YAl2O7.5樣品顯示4個(gè)躍遷波長，對(duì)應(yīng)于585～604nm譜帶的4個(gè)分裂峰.實(shí)際上能級(jí)5D0→2L＋1FJ的躍遷過程中最大分裂數(shù)為2J＋1［19－20］.因此，能級(jí)5D0→7F1的躍遷最大分裂數(shù)為應(yīng)為3.然而在實(shí)驗(yàn)結(jié)果中，能級(jí)5D0→7F1的躍遷過程中分裂峰的數(shù)值為4，大于最大分裂數(shù)3.表明Eu3＋在基質(zhì)Sr3YAl2O7.5中可能占據(jù)了不同晶格位置.

表1 2種基質(zhì)材料中Eu3＋的5D1→7F1，5D0→7F0，5D0→7F1和5D0→7F2能級(jí)躍遷波長nm

Eu3＋的能級(jí)5D0→7F1躍遷是磁偶極躍遷，受到基質(zhì)環(huán)境影響較弱.能級(jí)5D0→7F2躍遷是電偶極躍遷，受到基質(zhì)環(huán)境影響較強(qiáng)［21－22］.我們能從圖3中看到Eu3＋摻雜Sr3YAl2O7.5樣品最強(qiáng)發(fā)射峰為能級(jí)5D0→7F2的電偶級(jí)躍遷，它位于612nm處［23］.然而Eu3＋摻雜Sr3LuAl2O7.5樣品最強(qiáng)的發(fā)射峰為能級(jí)5D0→7F1的磁偶極躍遷，它位于592nm處［24］.Eu3＋在基質(zhì)材料中局域配位環(huán)境情況可以通過Eu3＋的電偶極躍遷和磁偶極躍遷的整體積分強(qiáng)度比（I（5D0→7F2）／I（5D0→7F1））獲得［21－22］.從圖3中2種材料的發(fā)射譜中發(fā)現(xiàn)，獲得了Eu3＋摻雜Sr3YAl2O7.5樣品的I（5D0→7F2）／I（5D0→7F1）比值為1.66.另外，Eu3＋摻雜Sr3LuAl2O7.5樣品的I（5D0→7F2）／I（5D0→7F1）比值為1.03.這表明前者的電偶極躍遷強(qiáng)于后者的，也表明了Sr3YAl2O7.5比Sr3LuAl2O7.5對(duì)稱性更差.證明了基質(zhì)環(huán)境對(duì)稀土離子的發(fā)光特性產(chǎn)生影響，隨著基質(zhì)材料的不同，最強(qiáng)發(fā)射峰值出現(xiàn)變化，可以通過選擇基質(zhì)材料的成分來調(diào)節(jié)發(fā)光顏色.

2.3 激發(fā)光譜

為了進(jìn)一步探索Eu3＋摻雜Sr3YAl2O7.5和Sr3LuAl2O7.5基質(zhì)在局域環(huán)境的不同的激發(fā)光譜，分別測(cè)試了612nm監(jiān)測(cè)的Eu3＋摻雜Sr3YAl2O7.5和592nm監(jiān)測(cè)的Eu3＋摻雜Sr3LuAl2O7.5的激發(fā)光譜（見圖4）.這2種樣品的激發(fā)帶都在220～285nm波段范圍內(nèi)，此激發(fā)帶是由O2－→Eu3＋的電荷遷移而產(chǎn)生的.對(duì)于O2－→Eu3＋電荷遷移帶，在Eu3＋摻雜Sr3YAl2O7.5樣品中存在248，269，273，和282nm 4個(gè)峰，在Eu3＋摻雜Sr3LuAl2O7.5樣品中存在242，264，272和282nm 4個(gè)峰.所有這些峰均屬于O2－到Eu3＋的電荷遷移帶［25－26］.

圖4 Eu3＋摻雜Sr3RAl2O7.5（R＝Y(jié)，Lu）的激發(fā)光譜

4 結(jié)論

本文通過硝酸鹽分解的方法制備Eu3＋摻雜Sr3RAl2O7.5（R＝Y(jié)，Lu）的粉末.Eu3＋在具有相同空間結(jié)構(gòu)的Sr3YAl2O7.5和Sr3LuAl2O7.5基質(zhì)中，在處于不同的局域環(huán)境中，發(fā)光特性完全不同.根據(jù)能級(jí)躍遷5D0→7F1和5D0→7F2的比值得出了Eu3＋在Sr3YAl2O7.5中的對(duì)稱性比在Sr3LuAl2O7.5中低.說明Eu3＋摻雜Sr3YAl2O7.5樣品中比摻雜Sr3LuAl2O7.5的發(fā)光更強(qiáng).因此，可以通過改變基質(zhì)材料的組成而改變發(fā)光特性，這對(duì)開發(fā)和設(shè)計(jì)新穎的發(fā)光材料具有重要的意義.

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Luminescence properties of Sr3RAl2O7.5∶Eu3＋（R＝Y(jié)，Lu）powders

YU Li－jun，LI Bing，YANG Ji－kai
（College of Physics，Changchun Normal University，Changchun 130012，China）

Sr3YAl2O7.5∶Eu3＋and Sr3LuAl2O7.5∶Eu3＋powders have been prepared by nitricdecomposition method.the excitation and emission spectra of the two samples are discussed.Some different luminescence characteristics were observed in the two samples，which could be ascribed to the distinct local environment of Eu3＋ions.The results reveal that the luminescence properties of Eu3＋can be modulated bychangingthe host composition.

luminescence；rare earth；Sr3YAl2O7.5；Sr3LuAl2O7.5

O 482.3 ［學(xué)科代碼］ 140·30

A

（責(zé)任編輯：石紹慶）

1000－1832（2015）02－0079－04

10.16163／j.cnki.22－1123／n.2015.02.016

2015－01－12

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（61404010）；吉林省教育科學(xué)規(guī)劃課題（GH13300）.

于立軍（1958—），男，副教授，主要從事光譜學(xué)研究及半導(dǎo)體光電器件研究.