稀土摻雜紅色發(fā)光材料的制備與改性研究

方 璐，陳雪，蔣興亞，劉雪梅，鄧陶麗

(安順學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院,貴州 安順 561000)

1 引言

近年來(lái)，稀土摻雜無(wú)機(jī)納米發(fā)光材料的研究引起了人們極大的關(guān)注，這主要因?yàn)槿齼r(jià)的稀土離子存在壽命較長(zhǎng)的多能級(jí)，可以通過(guò)不同的稀土摻雜無(wú)機(jī)熒光粉實(shí)現(xiàn)把短波長(zhǎng)的紫外光轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌ㄩL(zhǎng)范圍的可見(jiàn)光進(jìn)而被有效利用[1-2]。白光LED 作為一種新型的照明光源，具有體積小、發(fā)光效率高、可靠性良好、節(jié)能、壽命長(zhǎng)、無(wú)汞設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)。目前白光LED 的合成方式有兩種: 一種是用藍(lán)色LED 芯片與發(fā)黃光的熒光粉組合成白光，但在這種白光的發(fā)射光譜中缺少紅光，并且在高電流下黃光變化要比藍(lán)光變化慢，從而導(dǎo)致顯色性能不好，在應(yīng)用上具有局限性；另一種方式是用近紫外( UV) InGaN 芯片激發(fā)三基色熒光粉，復(fù)合得到白光，其缺點(diǎn)是熒光粉在近紫外發(fā)光效率不高，顯色指數(shù)低。鑒于上述原因，研究高效率穩(wěn)定的紅色熒光粉成為一項(xiàng)重要任務(wù)[3-6]。

從應(yīng)用層面來(lái)分析，藍(lán)色和綠色的長(zhǎng)余輝材料應(yīng)用較為成熟，紅色長(zhǎng)余輝材料的研究相對(duì)較弱，因而對(duì)紅色長(zhǎng)余輝發(fā)光材料的進(jìn)一步研究和開(kāi)發(fā)是至關(guān)重要的。無(wú)機(jī)發(fā)光材料主要由基質(zhì)材料體系以及摻雜到基質(zhì)材料中的少量激活劑離子組成?；|(zhì)材料中由于氧化物如Gd2O3、La2O3等，具有較好的熱穩(wěn)定性，較強(qiáng)的機(jī)械性能，環(huán)境友好，以及種類繁多，成為無(wú)機(jī)發(fā)光的重點(diǎn)研究。近年來(lái)涌現(xiàn)的各種復(fù)合型氧化物如Y3Al5O12，Gd4.67Si3O13[7-10]等也都表現(xiàn)出了非常優(yōu)異的發(fā)光性能。

固相反應(yīng)法是一種傳統(tǒng)的粉體制備方法。具體是將合成粉體所需的固體原料混合、研磨均勻，然后放入坩堝中，置于高溫爐并于一定溫度下進(jìn)行煅燒，再自然冷卻至室溫，破碎后即得到所需的熒光粉體。此方法的優(yōu)點(diǎn)是制備過(guò)程簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，反應(yīng)條件容易控制，原子利用率高，且工藝比較成熟，易與工業(yè)化生產(chǎn)。用固相反應(yīng)法制備上轉(zhuǎn)換無(wú)機(jī)發(fā)光材料的報(bào)道較多，一般作為一種簡(jiǎn)便有效的方法制備熒光粉體來(lái)研究上轉(zhuǎn)換發(fā)光機(jī)理。因此本文選用傳統(tǒng)的固相反應(yīng)法，采用基礎(chǔ)的CaO為基質(zhì)材料，Eu3+為發(fā)光離子，研究助溶劑H3BO3與NH4Cl以及改變煅燒溫度對(duì)熒光粉發(fā)光性能的影響，最大程度的提高CaO:Eu3+熒光粉的發(fā)光強(qiáng)度。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 試劑及儀器

實(shí)驗(yàn)試劑： CaCO3(分析純)， Eu2O3(99.9%)，H3BO3(分析純)，NH4Cl (分析純)。

實(shí)驗(yàn)儀器：研缽、電子天平、坩堝、馬弗爐和熒光光譜測(cè)試儀(美國(guó)PE公司，型號(hào)PE LS55)、掃描電子顯微鏡(SEM)。

2.2 熒光粉體的制備

熒光粉體的制備過(guò)程：不同助溶劑摻雜的CaO:Eu3+熒光粉體通過(guò)高溫固相法制備。首先按化學(xué)計(jì)量比計(jì)算出所需藥品的質(zhì)量，然后用電子天平稱取Eu2O3(99.9%)， CaCO3(分析純)， H3BO3(分析純)，NH4Cl (分析純)，再加入原料總質(zhì)量比重2%的助溶劑H3BO3與NH4Cl，混合加入研缽中持續(xù)研磨3h得到前驅(qū)體，然后將前驅(qū)體在900℃，1000℃，1100℃溫度下煅燒8 h，得到CaO:Eu3+系列熒光粉體。

樣品的激發(fā)光譜與發(fā)射光譜測(cè)試采用美國(guó)PE公司的熒光光譜測(cè)試儀，型號(hào)PE LS55。

3 結(jié)果與討論

熒光粉形貌表征。

圖1 不同放大倍數(shù)下樣品CaO:Eu3+在1000℃煅燒下的SEM圖

圖1 為樣品CaO:Eu3+在1000℃煅燒下的SEM圖，熒光粉前驅(qū)體在經(jīng)過(guò)1000℃煅燒8h后，自然光下得到灰白色的熒光粉體，而由SEM圖可知，熒光粉體顆粒大小較為均勻，但仍存在一定的團(tuán)聚現(xiàn)象，顆粒大小在500nm左右。

樣品的激發(fā)光譜和熒光發(fā)射光譜

圖3 添加不同助溶劑

圖4 不同煅燒溫度得到

4 結(jié)論