材料科學(xué)綜合

Eu3＋摻雜Gd4Zr3O12紅色熒光粉的制備及其發(fā)光性能研究

游維雄，肖宗梁，賴?guó)P琴，等

摘要：目的：LED用發(fā)光材料的研究與新體系探索一直是發(fā)光材料研究領(lǐng)域前沿課題。鋯酸鹽因其具有良好的物理化學(xué)性能，如優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度等，而被廣泛用于發(fā)光基質(zhì)材料。采用溶膠凝膠法制備了Eu3＋離子摻雜Gd4Zr3O12紅色熒光粉，研究了其發(fā)光性質(zhì)，并對(duì)Eu3＋離子濃度對(duì)發(fā)光性能的影響進(jìn)行了探討。方法：實(shí)驗(yàn)所用原料為氧化釓、氧化銪、硝酸氧鋯、丙烯酸、過硫酸銨。首先，根據(jù)化學(xué)計(jì)量比稱取一定量的各種原料，分別將稀土氧化物溶于一定量的硝酸溶液中，形成各自的硝酸鹽溶液，并將硝酸氧鋯溶于蒸餾水中，在加熱攪拌下進(jìn)行以上溶解過程，直至出現(xiàn)無色澄清透明溶液；然后將上述溶液混合至大燒杯中，待攪拌均勻后加入丙烯酸（丙烯酸和金屬離子的物質(zhì)的量的比為5︰1），用以絡(luò)合混合液中的金屬陽離子，并在80℃下持續(xù)加熱攪拌一段時(shí)間，加入少量的過硫酸銨作為引發(fā)劑，引發(fā)丙烯酸聚合生成凝膠；將得到的濕凝膠放入120℃的烘箱中干燥24 h，得到干凝膠，將干凝膠研磨后放入高溫爐中，在1100℃下煅燒4 h，隨爐冷卻后即可得到樣品。結(jié)果：XRD譜圖顯示樣品的衍射峰與Y4Zr3O12標(biāo)準(zhǔn)譜圖相吻合，說明樣品中主晶相為Gd4Zr3O12，晶體所屬結(jié)構(gòu)為三方晶系，空間群。沒有雜相的存在說明稀土離子Eu3＋已經(jīng)摻雜進(jìn)入Gd4Zr3O12晶格，并且Eu3＋離子的摻入沒有改變晶體的結(jié)構(gòu)，但是樣品的衍射峰向低角度方向偏移。樣品顆粒具有規(guī)則的晶體外形，顆粒尺寸在50 nm左右，有一定的團(tuán)聚現(xiàn)象存在。樣品可以被394和467 nm波長(zhǎng)有效激發(fā)，說明樣品在白光LED方面具有潛在應(yīng)用價(jià)值。另外5D0→7F2躍遷（612 nm）的發(fā)射強(qiáng)度明顯強(qiáng)于5D0→7F1躍遷（593 nm）發(fā)射強(qiáng)度，說明Eu3＋離子在基質(zhì)中占據(jù)非中心對(duì)稱格位。樣品的發(fā)光強(qiáng)度隨著Eu3＋離子濃度的增加呈鋸齒狀變化，而激發(fā)光譜隨濃度的變化有相同的變化規(guī)律。394和467 nm激發(fā)下的樣品發(fā)光強(qiáng)度隨Eu3＋離子濃度的增加整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，但是在摻雜濃度14%出現(xiàn)反常下降。在所研究的Eu3＋離子摻雜濃度范圍內(nèi)，并沒有觀察到明顯的濃度猝滅效應(yīng)。不同激發(fā)波長(zhǎng)下，樣品的紅橙比隨著Eu3＋離子濃度的增加整體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，說明摻雜濃度的增加導(dǎo)致Eu3＋離子周圍的對(duì)稱環(huán)境增加。結(jié)論：采用丙烯酸為絡(luò)合劑的溶膠凝膠法可制備不同Eu3＋離子濃度摻雜的Gd4Zr3O12納米顆粒。Eu3＋離子可取代Gd4Zr3O12基質(zhì)中的Gd3＋離子進(jìn)入晶格，但由于離子半徑的差異，Eu3＋的摻雜會(huì)引起Gd4Zr3O12晶格膨脹，導(dǎo)致XRD衍射峰向低角度方向移動(dòng)。所合成的納米顆粒具有規(guī)則的形狀和良好的結(jié)晶性。樣品呈現(xiàn)典型的紅光發(fā)射，主發(fā)射峰為612 nm。由于樣品本身所具有的缺陷和表面吸附物，樣品在276 nm激發(fā)下的發(fā)光強(qiáng)度隨Eu3＋離子濃度的增加呈現(xiàn)鋸齒狀變化規(guī)律，并且電荷遷移帶隨著Eu3＋離子濃度的增加往長(zhǎng)波方向移動(dòng)。在所研究的濃度范圍內(nèi)，沒有觀察到明顯的濃度猝滅現(xiàn)象。Eu3＋離子摻入能夠使得格位離子的排列更為有序，格位對(duì)稱性增加，從而導(dǎo)致紅光發(fā)射降低而橙光發(fā)射增強(qiáng)，樣品的紅橙比隨著Eu3＋離子濃度的增加整體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

來源出版物：中國(guó)稀土學(xué)報(bào), 2016, 34(1): 11-16

入選年份：2016