碱土磷酸盐发光粉的制备与发光性质研究

来源 :东北林业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:ren_lian
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稀土磷酸盐系列发光材料由于合成温度相对较低,制备成本低,具有良好的化学稳定性和热稳定性,发光效率高等优点,已经成为近紫外光激发荧光粉的研究热点之一。本文选用六种碱土磷酸盐作为基质,采用高温固相法合成了Eu3+、Ce3+、Tb3+掺杂的碱土磷酸盐系列荧光粉,利用XRD、FT-IR和TG-DSC分析测试结果,探讨固相法制备该系列荧光粉的最佳煅烧温度,并对荧光粉的光谱性质进行分析,具体做了如下工作:(1)以Ca8MgLn(PO4)7(Ln=La3+,Gd3+,Y3+,Lu3+)为基质的系列荧光粉,其最佳烧结温度为1200℃;以CaMgP2O7为基质的系列荧光粉,其最佳烧结温度为1000℃,以Ca7Mg2(PO4)6为基质的系列荧光粉,其最佳烧结温度为900℃,以SrZn2(PO4)2为基质的系列荧光粉,其最佳烧结温度为850℃,以Ca9Y(PO4)7和Sr3Gd(PO4)3为基质的系列荧光粉的最佳烧结温度均为1200℃。在高温烧结过程中加入环糊精为介质,可以有效减少粉体的烧结固化。(2)Ca8MgLn1-xEux(PO4)7(Ln=La3+,Gd3+,Y3+,Lu3+)的光谱性质当以Eu3+为激活离子时,其激发光谱由位于252nm处的电荷迁移带和4f组态内的跃迁激发峰组成,其中以252nm左右的电荷迁移带最强,表明基质电荷迁移态的激发能量能够被有效地传递给激活离子,说明基质本身对发光有贡献。发射光谱由Eu3+的5D0-7FJ(J=0,1,2,3,4)跃迁发射峰组成,其中以612nm处的5Do-7F2跃迁发射为主,表明Eu3+占据晶格中的非反演对称中心的格位。当改变激活离子浓度时,荧光粉的发光强度发生改变,其中La系基质中Eu3+的最佳掺杂浓度为9mo1%最佳,Gd系基质的最佳掺杂浓度为7mo1%,Y系基质的最佳掺杂浓度为5mo1%,Lu系基质的最佳掺杂浓度为11mol%。Eu3+掺杂的Ca8MgLn(PO4)7(Ln=La3+,Gd3+,Y3+,Lu3+)系列荧光粉在紫外光的激发下呈红光发射。(3)Ca8MgLn1-xCex(PO4)7(Ln=La3+,Gd3+,Y3+,Lu3+)的光谱性质激发谱由Ce3+的f-d跃迁激发带组成,发射谱由不对称宽谱带组成,经高斯拟合后得到两个重叠程度较大的谱带,归属为Ce3+的5d激发态到两个基态2F7/2和2F5/2的跃迁发射。以Ce3+为激活剂的荧光粉其发射峰均处于紫外区,适合作为发光材料中的敏化剂。不同浓度的Ce3+掺杂所得荧光粉的发光强度不同,La系基质中Ce3+的浓度以x=0.07mo1最佳,Gd系基质中以x=0.01mol为最佳,Y系基质中当x=0.01mol时发光强度最好,Lu系中则以x=0.07mol时为最强发射。(3)Ca8MgLn1-xTbx(PO4)7(Ln=La3+,Gd3+,Y3+,Lu3+)的光谱性质四个系列荧光粉的激发光谱均以Tb3+的f-d跃迁为主,发射光谱由Tb3+的5D3-7FJ(J=6,5,4,3)及5D4-7F J(J=6,5,4,3)跃迁发射峰组成,其发射强度与Tb3+掺杂浓度有关。当Tb3+掺杂浓度增大时,5D4-7FJ和5D3-7F J跃迁发射基本上都呈现先增强后减弱的趋势,存在浓度猝灭,而两种跃迁方式的发射强度之比I(5D4-7FJ)/I(5D3-7FJ)随着Tb3+掺杂浓度的增加却一直在增大,表明浓度增大后,Tb3+之间发生5D3→5D4与7F6→7F0能级间的交叉驰豫。在紫外光的激发下,所合成的荧光粉呈现明亮的绿光发射,是一类较好的绿色荧光粉。(4)Ca1-xRexMgP2O7(Re=Eu3+,Ce3+,Tb3+)的光谱性质当以Eu3+为激活离子时,以593nm处的磁偶极跃迁发射为主,呈现橙红光发射,表明Eu3+占据基质晶格中对称中心格位,Eu3+的最佳掺杂浓度为9mo1%;以Ce3+为激活离子时,所有样品的发射峰位于紫外区域,具有双峰特征,其能量差约为1951cm-1, Ce3+的最佳掺杂浓度为1m01%;以Tb3+为激活离子时,以位于543nm的5D4-7F5跃迁发射为主,Tb3+的最佳掺杂浓度为3mo1%。(5)Ca7-xRexMg2(PO4)6 (Re=Eu3+,Ce3+,Tb3+)的光谱性质以Eu3+为激活离子时,以位于611nm处的电偶极跃迁发射为主,呈现红光发射,最佳掺杂浓度为9mo1%;以Ce3+为激活离子时,其发射光谱表现为两个宽带发射,谱带间重叠程度较大,所有样品的发射峰位于紫外区域,最佳掺杂浓度为1mol%。以Tb3+为激活离子时,以5D4-7F5跃迁的绿光发射为主,最佳掺杂浓度为3mol%。(6)Sr1-xRexZn2(PO4)2(Re3+=Eu3+,Ce3+,Tb3+)的光谱性质以Eu3+为激活离子时,以位于611nm处的电偶极跃迁发射为主,呈现红光发射,最佳掺杂浓度为7mo1%;以Ce3+为激活离子时,其发射光谱表现为有一定重叠程度的两个宽带发射,最佳掺杂浓度为5mo1%;以Tb3+为激活离子时,以543nm的5D4-7F5跃迁的绿光发射为主,最佳掺杂浓度为9mo1%。(7)Ca9Y1-xRex(PO4)7(Re3+=Eu3+,Ce3+,Tb3+)的光谱性质以Eu3+为激活离子时,以位于593nm处的磁偶极跃迁发射为主,呈现橙红光发射,最佳掺杂浓度为3mo1%;以Ce3+为激活离子时,发射光谱由357nm的宽发射带组成,最佳掺杂浓度为7mo1%;以Tb3+为激活离子时,发射光谱与Tb3+的浓度有关,当Tb3+浓度小于5%时以5D3-7FJ跃迁发射为主,大于5%时以5D4-7FJ跃迁发射为主,最佳掺杂浓度为5mo1%。(8)Sr3Gd1-xRex(PO4)3(Re3+=Eu3+,Ce3+,Tb3+)的光谱性质以Eu3+为激活离子时,以位于586nm处的5D0-7F1跃迁发射为主,最佳掺杂浓度为9mo1%;以Ce3+为激活离子时,发射光谱由具有双峰特征的f-d跃迁峰组成,最佳掺杂浓度为3mo1%;以Tb3+为激活离子时,以5D4-7FJ跃迁发射为主,呈绿光发射,最佳掺杂浓度为5mo1%。
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