檸檬酸—凝膠法合成Sr2CeO4：Dy3+的熒光光譜法測試

摘要：鈰酸鍶（Sr2CeO4）是一種具有一維鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的新型熒光基質(zhì)材料。文章采用檸檬酸-凝膠法成功地合成了稀土Dy3+離子摻雜的Sr2CeO4熒光體（Sr2CeO4：Dy3+），并運(yùn)用熒光光譜先進(jìn)測試方法進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，Sr2CeO4：Dy3+熒光體中存在著從基質(zhì)到稀土Dy3+離子的能量傳遞；在Sr2CeO4基質(zhì)中，Dy3+離子的猝滅濃度高達(dá)0.5mol%。

關(guān)鍵詞：檸檬酸-凝膠法；Sr2CeO4：Dy3+；熒光光譜法；熒光基質(zhì)材料；固態(tài)組合化學(xué)方法 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TH744 文章編號：1009-2374（2015）34-0064-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.34.033

Sr2CeO4是E.Danieson等人于1998年采用固態(tài)組合化學(xué)方法發(fā)現(xiàn)的一種新型無機(jī)復(fù)合氧化物熒光體，1998年《Science》報(bào)道了這種新的一維鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的熒光體，自從Sr2CeO4這種新型一維鏈狀結(jié)構(gòu)熒光體發(fā)現(xiàn)以來，人們考慮到該物質(zhì)的寬帶吸收，如果將其作為基質(zhì)，選擇合適的離子摻雜，有可能得到高效發(fā)光材料。正是基于這個(gè)指導(dǎo)思想，人們陸續(xù)嘗試了向Sr2CeO4中摻入其他一些金屬離子如Ca、Zr等非稀土離子和La、Eu等稀土離子，得到了一些有意義的研究結(jié)果。本文重點(diǎn)研究了將稀土Dy摻入Sr2CeO4后合成的熒光體的發(fā)光性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器及試劑

Cary-eclipse型熒光光譜儀（PL），美國（狹縫寬度：5nm，電壓：400～600V，燈源：氙燈65W，掃描速度：600nm/min）。

Dy（NO3）3溶液（0.02mol/L）；Sr（NO3）2溶液（0.8mol/L）；Ce（NO3）3溶液（0.4mol/L）。

1.2 熒光體的合成

圖1 315nm激發(fā)下熒光體的發(fā)射光譜

采用檸檬酸-凝膠法，即先把原料Sr（NO3）2與、Ce（NO3）3，按2∶（1-x）的物質(zhì)的量之比混合，摻入一定量（x mol）的Dy（NO3）3，加入一定量的二次蒸餾水，在磁力攪拌器上充分?jǐn)嚢杈鶆?。再加入檸檬酸等完全溶解后，用氨水和硝酸調(diào)節(jié)溶液的pH值，將所得溶液在水浴鍋中緩慢蒸發(fā)水分，成為透明凝膠，然后放在100℃烘箱內(nèi)干燥2h，得干凝膠，再將其研磨粉碎后放于馬弗爐內(nèi)于1000℃燒結(jié)2h，最終得到白色粉末狀樣品。

2 結(jié)果與討論

2.1 粉體發(fā)光顏色的考察

圖1是熒光體Sr2Ce1-xDyxO4（x=0.0025-0.05）的發(fā)射光譜。樣品在315nm紫外光激發(fā)下，出現(xiàn)Dy3+的特征譜線，發(fā)射分別為485nm（當(dāng)濃度為0.25%、0.5%不明顯）和572nm，相應(yīng)于4F9/2→6H15/2躍遷的藍(lán)光發(fā)射和4F9/2→6H13/2躍遷的黃光發(fā)射。4F9/2→6H13/2躍遷的黃光發(fā)射屬于超靈敏躍遷，受化學(xué)環(huán)境的影響較大，這說明Dy3+在晶格中格點(diǎn)的對稱性對Dy3+的發(fā)光顏色也有明顯的影響。還在藍(lán)區(qū)出現(xiàn)基質(zhì)的寬帶發(fā)射，最大發(fā)射峰出現(xiàn)在477nm處，Dy3+在485nm處的特征譜線不明顯可能是由于基質(zhì)出現(xiàn)較強(qiáng)的寬帶發(fā)射將Dy3+在485nm處的特征譜線掩蔽的結(jié)果。從圖1可以發(fā)現(xiàn)，在我們研究的濃度范圍內(nèi)隨著Dy3+濃度的增加基質(zhì)的藍(lán)光發(fā)射強(qiáng)度減小，Dy3+的黃光發(fā)射強(qiáng)度增加，參考文獻(xiàn)[4]指出當(dāng)熒光體的藍(lán)光與黃光的強(qiáng)度比為某一范圍時(shí)，發(fā)射白光。因此，通過改變Dy3+濃度可調(diào)控?zé)晒怏w的顏色。由圖1知，在Dy3+濃度≤0.5mol%時(shí)，熒光體的藍(lán)光發(fā)射強(qiáng)度比黃光強(qiáng)度大，所以我們可以找到發(fā)射白光的熒光體，通過研究發(fā)現(xiàn)Dy3+摻雜濃度約為0.5mol%時(shí)熒光體發(fā)射白光的效果最佳，熒光體的藍(lán)黃比為1.86∶1。

2.2 熒光體的激發(fā)光譜和發(fā)射光譜

Dy3+離子摻雜的Sr2CeO4熒光體采用檸檬酸-凝膠法合成，粉體為白色，粒徑微細(xì)，當(dāng)摻雜量較大時(shí)，在紫外光照射下，發(fā)出較強(qiáng)的白色熒光。圖2和圖3分別是它的激發(fā)光譜和發(fā)射光譜。

由圖2可知，在572nm監(jiān)控下，Sr2CeO4：Dy3+熒光體的激發(fā)光譜由兩部分組成：一個(gè)位于225～325nm波長范圍的寬帶激發(fā)峰來自基質(zhì)吸收，這與參考文獻(xiàn)[5]介紹的Sr2CeO4熒光體的吸收峰波長范圍相吻合；另一個(gè)屬于Dy3+離子的f→f躍遷的銳線弱激發(fā)峰。從強(qiáng)度上看，寬帶激發(fā)峰遠(yuǎn)比Dy3+離子的f→f躍遷的銳線譜強(qiáng)得多，這是因?yàn)镈y3+離子的f→f躍遷是禁戒的，所以吸收強(qiáng)度

較弱。

圖2 Sr2CeO4：Dy3+（0.5mol%）的激發(fā)光譜

圖3 Sr2CeO4：Dy3+（0.5mol%）的發(fā)射光譜

圖3是315nm波長紫外光激發(fā)下Sr2CeO4：Dy3++熒光體的發(fā)射光譜，光譜中出現(xiàn)兩個(gè)發(fā)射峰：一個(gè)不對稱的寬帶峰是基質(zhì)Sr2CeO4的發(fā)射峰，發(fā)射譜從400nm一直延伸到550nm，主峰在477nm附近。研究表明，它的發(fā)光不是來源于f→f或d→f電子躍遷，而是電荷轉(zhuǎn)移引起的，即電子從O2-的2p軌道到Ce4+的4f軌道的遷移導(dǎo)致的發(fā)光，具體來說是屬于Ce4+的t1g與f之間的躍遷，這里的t1g指的是六重配位的氧配體的軌道，而f是最低電荷轉(zhuǎn)移激發(fā)態(tài)；另一個(gè)572nm處的銳線峰為Dy3+的特征譜線，屬于4F9/2→6H13/2的超靈敏躍遷，485nm處的銳線峰可能與基質(zhì)的發(fā)射相重疊。

3 結(jié)語

第一，Sr2CeO4：Dy3+熒光體的激發(fā)光譜由兩部分組成：一個(gè)位于225～325nm波長范圍的寬帶激發(fā)峰來自基質(zhì)吸收；另一個(gè)屬于Dy3+離子的f→f躍遷的銳線弱激發(fā)峰。熒光體的發(fā)射光譜中出現(xiàn)兩個(gè)發(fā)射峰：一個(gè)不對稱的寬帶峰是基質(zhì)Sr2CeO4的發(fā)射峰，發(fā)射譜從400nm一直延伸到550nm，主峰在477nm附近；另一個(gè)572nm處的銳線峰為Dy3+的特征譜線，屬于4F9/2→6H13/2的超靈敏躍遷。

第二，Sr2CeO4：Dy3+熒光體中Dy3+摻雜濃度約為0.5mol%時(shí)熒光體發(fā)射白光的效果最佳，熒光體的藍(lán)黃比為1.86∶1。

第三，Sr2CeO4：Dy3+熒光體中，存在著從基質(zhì)到激活劑Dy3+離子的能量傳遞，至于能量傳遞機(jī)理有待進(jìn)一步探討。

參考文獻(xiàn)

[1] Danielson E，Devenney M.，etal.A rare-earth phosphors containing one-dimensional chains identified through combinatorial methods[J].Science，1998，（279）.

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[5] 賀香紅.Sr2CeO4及其摻雜納米發(fā)光材料的制備與法光性能研究[D].上海師范大學(xué)，2004.

[6] 郭鳳瑜，程紅，陳曉波.硼酸鎂中Ce3+、Gd3+對Dy3+發(fā)光的敏化作用[J].光譜學(xué)與光譜分析，1993，13（1）.

作者簡介：狄敬旭（1981-），男，甘肅靖遠(yuǎn)人，江蘇省常州技師學(xué)院講師，碩士，研究方向：新型環(huán)保發(fā)光材料。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）