紅色熒光粉Ba7Zr（PO4）6：Sm3+的合成及其發(fā)光特性研究

袁書含　朱革　辛雙宇

摘 要 采用固相反應(yīng)法首次制備了Sm3+摻雜的紅色熒光材料Ba7Zr（PO4）6：Sm3+。通過 X 射線衍射和光致發(fā)光光譜研究了材料的相純度和發(fā)光性能。光致發(fā)光發(fā)射光譜表明，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附近表現(xiàn)出較強(qiáng)的紅光發(fā)射。研究了Ba7Zr（PO4）6：Sm3+的最佳摻雜含量并計(jì)算了最佳樣品的CIE色坐標(biāo)。結(jié)果表明，紅色熒光粉Ba7Zr（PO4）6：Sm3+在白光發(fā)光二極管中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞 發(fā)光材料 發(fā)光性能 熒光粉

中圖分類號：O482.31 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0引言

在新興的全球能源困境背景下，白光發(fā)光二極管（LED）與傳統(tǒng)光源相比具有節(jié)能，效率高，壽命長和緊湊等眾多優(yōu)點(diǎn)，引起了人們的高度關(guān)注。在過去的幾十年中，被稀土離子激活的熒光粉在許多領(lǐng)域顯示出廣泛的應(yīng)用，例如固體激光，臨床醫(yī)學(xué)，顯示照明和環(huán)境監(jiān)測與監(jiān)測。在稀土離子中，Sm3+（4f5）離子是用于分析發(fā)光性質(zhì)的最有趣的活性離子之一，因?yàn)镾m3+離子的4G5/2能級通常表現(xiàn)出相對較高的量子效率。因此，Sm3+摻雜材料由于其在光存儲器，輻射劑量測定，壓力傳感器，溫度傳感器，和白光LED中的應(yīng)用越來越廣泛而被深入研究。

磷酸鹽熒光粉由于其制備溫度低，在真空紫外區(qū)具有強(qiáng)吸收性，穩(wěn)定的物理和化學(xué)性質(zhì)以及低的煅燒溫度而被廣泛研究。本文針對基礎(chǔ)研究和應(yīng)用需求，開發(fā)了一種新型磷酸鹽紅色熒光粉Ba7Zr（PO4）6：Sm3+（BZP：Sm3+），并對其發(fā)光特性進(jìn)行了的探討。

1實(shí)驗(yàn)

在這項(xiàng)工作中，用固相反應(yīng)合成Sm3+ 摻雜的Ba7Zr（PO4）6（BZP）樣品。初始材料為分析純的 CaCO3、ZrO2、（NH4）2HPO4 和 Sm2O3 （99.99%） 為原料。根據(jù)化學(xué)計(jì)量比將起始材料稱重并在瑪瑙研缽中用乙醇研磨約0.5-1小時。然后將混合物放入氧化鋁坩堝中，在1123K空氣中預(yù)熱4小時，然后再次研磨并在1523K空氣中煅燒6小時。最后，樣品以5K / min的速率緩慢冷卻至室溫。

利用日本理學(xué) D/Max-2400 X 射線衍射儀 （XRD） 與識別晶體結(jié)構(gòu)，采用FS5-MCS熒光分光光度計(jì)檢測熒光光譜性能。

2結(jié)果和討論

為了研究合成的BZP： xSm3+ （0≤x≤0.04） 熒光粉的相純度和結(jié)晶性質(zhì)，對BZP： xSm3+的粉末進(jìn)行了XRD測試。圖1顯示了不同Sm3+含量的BZP：xSm3+熒光粉的一系列XRD圖譜以及標(biāo)準(zhǔn)PDF卡片（JCPDF 33-0190）?？梢钥闯?，即使當(dāng)摻雜含量增加到0.04時，在上述XRD圖中也沒有發(fā)現(xiàn)可檢測到的雜質(zhì)相。 所有XRD衍射峰與標(biāo)準(zhǔn)PDF卡完全匹配，表明獲得的樣品是單相的，說明Sm3+離子已成功進(jìn)入BZP主體且不改變晶體結(jié)構(gòu)。

在402nm的激發(fā)下，BZP：xSm3+（0.005≤x≤0.04）的發(fā)射光譜表現(xiàn)出一系列位于540-750nm的線狀發(fā)射，主峰位于600nm處，其可歸因于4G5/2激發(fā)態(tài)到6H5/2，6H7/2，6H9/2和6H11/2基態(tài)的內(nèi)部4f躍遷，如圖2所示。插圖說明了BZP：xSm3+的發(fā)射強(qiáng)度與摻雜含量x之間的關(guān)系。 隨著Sm3+離子含量x的增加，發(fā)現(xiàn)Sm3+離子的發(fā)射強(qiáng)度逐漸增加，在0.03時達(dá)到最大值，然后當(dāng)濃度猝滅后Sm3+濃度進(jìn)一步升高到0.04時突然下降影響。 隨著Sm3+含量的增加，更多的Sm3+會與其他Sm3+配對或聚集，然后Sm3+之間發(fā)生有效的共振能量轉(zhuǎn)移，伴隨著一部分遷移到遠(yuǎn)處發(fā)光發(fā)生猝滅，導(dǎo)致發(fā)光猝滅。此外，基于發(fā)射光譜計(jì)算最佳樣品BZP：0.03Sm3+樣品的國際照明委員會（CIE）色坐標(biāo)為（0.606，0.393）。

圖3顯示600 nm監(jiān)控下得到的BZP：xSm3+（0.005≤x≤0.04）熒光粉的激發(fā)光譜。由于Sm3+離子有很多激發(fā)能級，能量失配非常小，因此很難單獨(dú)歸屬Sm3+離子的所有激發(fā)峰。從圖中看出，該激發(fā)光譜由位于300-500nm的一系列激發(fā)峰組成，其中在402nm處占主導(dǎo)的激發(fā)峰，可歸因于從6H5/2基態(tài)到更高激發(fā)能級4F7/2的躍遷激發(fā)，如圖3所示。（下轉(zhuǎn)第297頁）（上接第290頁）其中402nm附近的強(qiáng)烈激發(fā)與當(dāng)前近紫外（n-UV）LED芯片的發(fā)射波長相匹配，表明BZP：Sm3+熒光粉有潛力被應(yīng)用在白光LED器件中。

3結(jié)論

首次通過高溫固相反應(yīng)制備了具有優(yōu)異特性的紅色熒光粉BZP：xSm3+（0.005≤x≤0.04）。通過XRD分析鑒定了相純度，結(jié)果顯示所有樣品都是單相。激發(fā)和發(fā)射光譜表明，BZP：xSm3+（0.005≤x≤0.04）在紫外區(qū)域有較強(qiáng)的激發(fā)峰，主峰位于402nm，歸屬于Sm3+ 的6H5/2-4F7/2躍遷激發(fā)；在402nm激發(fā)下，BZP：Sm3+表現(xiàn)出主峰位于600nm的紅光發(fā)射；研究還發(fā)現(xiàn)Sm3+的最佳摻雜濃度為0.03，CIE色坐標(biāo)為（0.606，0.393）。研究結(jié)果表明，BZP：Sm3+具有優(yōu)良的光致發(fā)光性能，可作為潛在的紅色熒光粉用于白光LED方面。

致謝

感謝渤海大學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)與實(shí)踐學(xué)院以及全國大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目對本工作的支持。

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