Eu的制備及性能研究

1、Eu的制備及性能研究摘要：通過固相法合成含有不同離子濃度的紅色熒光粉CaTiO31-x/2AlO2x：Eu。XRD分析說明：當(dāng)離子摻雜濃度低于30%時，CaTiO31-x/2AlO2x：Eu與CaTiO3具有相似的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)；此外，離子的固溶導(dǎo)致該熒光粉在617nm處的熒光發(fā)射強(qiáng)度得到了極大地增強(qiáng)。實驗說明：是該熒光粉具有最強(qiáng)熒光發(fā)射強(qiáng)度的摻雜濃度為20mol%。更重要的是熒光粉CaTiO30.89AlO20.22：Eu不但可以被GaN基NUV395400nmLED激發(fā)，而且還能被GaN-LED465nm有效激發(fā)。實驗說明：CaTiO30.89AlO20.22：Eu是一種性能優(yōu)越的制備三基色L

2、ED的紅色熒光粉。關(guān)鍵詞：紅色熒光粉CaTiO31-x/2AlO2x：Eu固溶體離子濃度熒光強(qiáng)度中圖分類號：O48文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3791202108b-0189-04Abstract：PhosphorsCaTiO31-x/2AlO2x：Euwithdifferentcontentofaluminateionsweresynthesizedviasolid-statereactionmethod.TheXRDpatternsshowthatcomparedwithphosphorCaTiO3：Eu，thestructuresofphosphorsCaTiO31-x/2AlO2

3、x：Euarestillnotchangedwhentheconcentrationofionslessthan30mol%.Inaddition，sincetheintroductionofaluminateions，thePLemission617nmissignificantlyenhancedwhenexcitedby398nmand467nm.TheoptimalconcentrationofaluminateionsforgainingthestrongestPLemissionintensityofphosphorCaTiO3：Euisabout20mol%.Resultsdem

4、onstratedthatthephosphorCaTiO30.89AlO20.22：EunotonlycanbeverysuitableforcommercialGaN-basedNUV395-400nmLEDbutalsocanbewellmatchedwithGaN-LED465nmWd=30nm，showingthatthephosphorCaTiO30.89AlO20.22：Euisoneofthemostpromisingred-emittingphosphorsinmakingtricolorphosphorconvertedWhite-LEDs.KeyWords：Redphos

5、phors；CaTiO31-x/2AlO2x：Eu；Solidsolution；concentration；Photoluminescenceintensity近年來，由于諸如高的發(fā)光效率、較高的顯色指數(shù)、低的能耗、長壽命以及環(huán)境友好等特性1-2，白光LED吸引了越來越多的關(guān)注。LED被認(rèn)為是一種極具前景，可取代白熾燈以及熒光燈的下一代固體光源。在這些產(chǎn)品中，白光LED以其較高的顯色指數(shù)以及可變的色溫成為最受關(guān)注的產(chǎn)品形式。而傳統(tǒng)的用于制作三基色白光LED的熒光粉是藍(lán)色熒光粉BaMgAl10O17：Eu2+、綠色熒光粉ZnS：Cu+，Al3+和紅色熒光粉Y2O2S：Eu3+【3】。然而，紅色熒

6、光粉較低的發(fā)光效率嚴(yán)重制約了產(chǎn)品的色溫和顯色性能【4】。因此，目前開展白光LED的關(guān)鍵在于開發(fā)高效并且環(huán)境友好的紅色熒光粉。在過去的幾十年，鈣鈦礦型化合物MTiO3M=Ca或Sr因其較高的熒光效率、環(huán)境友好以及良好的化學(xué)穩(wěn)定性而得到了廣泛的關(guān)注。近來的實驗研究也說明：CaTiO3：Eu3+是一種極具前景并可用于制作白光LED的紅色熒光粉。同時，為了得到性能更優(yōu)的紅色熒光粉，許多的實驗研究致力于提升熒光粉CaTiO3：Eu3+的發(fā)光效率。然而，大多數(shù)的實驗研究集中于對體系中陽離子取代，比方用Mn2+，Al3+，Bi+，Zn2+，Sr2+以及Li+離子5-10局部地取代Ca2+離子。很少有人去嘗試

7、基質(zhì)固溶體的研究。據(jù)我們所知，鮮有對紅色熒光粉CaTiO31-x/2AlO2x：Eu的研究。在本文中，我們通過固相合成的方法得到了紅色熒光粉CaTiO31-x/2AlO2x：Eu并對其性能進(jìn)行了研究分析。1實驗局部在本文中，CaNO32·4H2OA.R.、AlNO33·9H2OA.R.、Eu2O3純度>99.99%、TiOC4H94A.R.、氨水A.R.以及無水乙醇A.R.作為制備紅色熒光粉CaTiO31-x/2AlO2x：Eu的原材料，其中無水乙醇作為溶劑。一系列的紅色熒光粉CaTiO31-x/2AlO2x：Eu被通過固相合成的方法制備出來，Eu3+離子的濃度固定為

8、0.06mol%。首先通過共沉淀的方法制備得到混合物，進(jìn)一步在1200下燒結(jié)4h得到試驗樣品。此外，產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)由粉末X射線衍射儀XRD，D8Advance，Bruker，Germany進(jìn)行分析；產(chǎn)物的光學(xué)性能通過日立F-7000熒光分光光度計進(jìn)行分析，該設(shè)備的激發(fā)光由150W氙燈作為激發(fā)光源提供。以上所有測試均在室溫條件下進(jìn)行。endprint2結(jié)果與討論圖1為熒光粉樣品CaTiO31-x/2AlO2x：Eu的XRD圖譜。從圖中可以看出粉末樣品的衍射峰與JCPDS卡片86-1393所對應(yīng)的CaTiO3的衍射峰能很好的吻合。圖譜中出現(xiàn)一個較小的雜質(zhì)峰，該雜質(zhì)峰對應(yīng)于TiO2JCPDS：77-04

9、40。結(jié)果說明：少量的CaAlO22固溶于CaTiO3基質(zhì)中，使得物質(zhì)的晶格結(jié)構(gòu)發(fā)生畸變，但沒有導(dǎo)致物質(zhì)的結(jié)構(gòu)發(fā)生根本改變。圖2中分別為紅色熒光粉CaTiO3：Eu和CaTiO30.89AlO20.22：Eu激發(fā)光譜以及發(fā)射光譜圖。樣品的激發(fā)光譜是在發(fā)射光617nm的監(jiān)測下測得的。結(jié)果說明：兩樣品的激發(fā)光譜除了相對吸收強(qiáng)度不同外，具有相似的激發(fā)光譜形狀，且激發(fā)光分布于350500nm范圍內(nèi)。這些特征峰是由Eu3+的4f-4f電子躍遷引起的，363，379，398，417和467nm處的特征峰分別對應(yīng)于7F05D4，7F05L7，7F05L6，7F05D3和7F05D2電子躍遷11。很明顯，樣品

10、最強(qiáng)的激發(fā)峰位于398nm處，這能很好地與GaN基NUV395400nmLED進(jìn)行良好的匹配。在398nm光的激發(fā)下，兩樣品的熒光發(fā)射光譜具有相似的光譜形狀，發(fā)射峰分別位于595nm及617nm處，但固溶體樣品的熒光發(fā)射強(qiáng)度要遠(yuǎn)強(qiáng)于未經(jīng)固溶處理的樣品。樣品位于617nm和595nm處的發(fā)射特征峰分別對應(yīng)于Eu3+離子的5D07F2和5D07F1電子躍遷。5D07F1和5D07F2分別屬于磁偶離子躍遷和電偶離子躍遷，而電偶極子躍遷受Eu3+離子周邊環(huán)境的影響很大。當(dāng)Eu3+離子占據(jù)基質(zhì)晶格中的較低對稱位時，電偶極子躍遷5D07F2可被極大地增強(qiáng)。由于Al3+0.535和Ti4+0.605離子半徑

11、的差異，當(dāng)局部取代離子時，樣品的基質(zhì)晶格產(chǎn)生畸變降低了基質(zhì)晶格的對稱度12。因此，增加了Eu3+離子占據(jù)低對稱位置的幾率。正如圖2所示：由于基體中引入離子，固溶體樣品的熒光發(fā)射強(qiáng)度得到了極大地增強(qiáng)。為進(jìn)一步研究離子對熒光粉熒光發(fā)射效率的影響，一系列具有不同離子濃度的紅色熒光粉CaTiO31-x/2AlO2x：Eu被通過固相合成的方法制備得到。這些樣品的熒光發(fā)射光譜圖分別展現(xiàn)在圖3和圖4中。如圖3所示，在398nm激發(fā)光的激發(fā)下，熒光粉樣品在617nm處的熒光發(fā)射強(qiáng)度隨離子摻雜濃度的升高而增強(qiáng)；當(dāng)離子濃度超過20mol%時，熒光粉樣品的熒光發(fā)射強(qiáng)度開始減弱。結(jié)果說明：當(dāng)離子摻雜濃度為20mol%

12、時，熒光粉樣品具有最強(qiáng)的熒光發(fā)射強(qiáng)度。此時，熒光粉CaTiO30.89AlO20.22：Eu在617nm處的熒光發(fā)射強(qiáng)度是熒光粉CaTiO3：Eu的4.19倍。結(jié)論證明：在熒光粉CaTiO3：Eu的基體中引入離子，熒光粉CaTiO3：Eu的熒光發(fā)射強(qiáng)度可得到較為明顯的增強(qiáng)。紅色熒光粉CaTiO31-x/2AlO2x：Eu與NUV，395400nmGaN-LED的良好匹配顯示了紅色熒光粉CaTiO31-x/2AlO2x：Eu在制作白光LED方面的美好前景。在467nm激發(fā)光的激發(fā)下，紅色熒光粉CaTiO31-x/2AlO2x：Eu的熒光發(fā)射光譜如圖4所示。與在398nm激發(fā)光激發(fā)下相比，樣品的兩

13、種熒光發(fā)射光譜具有相似的熒光發(fā)射光譜圖形，但兩者的相對熒光強(qiáng)度有較大的差距。引入離子的引入，熒光粉CaTiO3：Eu的熒光發(fā)射強(qiáng)度得到增強(qiáng)。開始，熒光粉CaTiO31-x/2AlO2x：Eu的熒光發(fā)射強(qiáng)隨離子的升高而增強(qiáng)；當(dāng)離子摻雜濃度增加到30mol%時，熒光粉CaTiO31-x/2AlO2x：Eu熒光發(fā)射強(qiáng)度開始減弱。實驗說明：是樣品的熒光發(fā)射強(qiáng)度到達(dá)最強(qiáng)時的離子濃度為20mol%，此時熒光粉CaTiO30.89AlO20.22：Eu的熒光發(fā)射強(qiáng)度是熒光粉CaTiO3：Eu熒光發(fā)射強(qiáng)度的3.08倍。實驗結(jié)果說明：紅色熒光粉CaTiO31-x/2AlO2x：Eu不僅可以與GaN基NUV395

14、400nmLED良好匹配，而且還能被GaN-LED465nm有效激發(fā)。這一優(yōu)越的性能顯示了該熒光粉在制作LED方面的巨大潛力。3結(jié)語一系列的紅色熒光粉被通過固相合成的方法制備得到。由于離子的引入，熒光粉CaTiO31-x/2AlO2x：Eu的熒光發(fā)射強(qiáng)度得到了增強(qiáng)。在398nm和467nm激發(fā)光的激發(fā)下，熒光粉CaTiO30.89AlO20.22：Eu617nm處的熒光發(fā)射強(qiáng)度分別為熒光粉CaTiO3：Eu4.19和3.08倍。實驗結(jié)果說明：熒光粉CaTiO30.89AlO20.22：Eu可以與GaN基NUV395400nmLED和GaN-LED465nm進(jìn)行良好的匹配。這一優(yōu)越的性能顯示了其

15、在制作白光LED方面極具潛力。參考文獻(xiàn)【1】SunWT，GuYX，ZhangQH，etal.CaTiO3：Eu3+layerscoatedSiO2particles：Core-shellstructuredredphosphorsfornear-UVwhiteLEDsJ.JournalofAlloysandCompounds，2021，493：561-564.【2】ZengPJ，YuLP，QiuZX，etal.SignificantenhancementofluminescenceintensityofCaTiO3：Eu3+redphosphorpreparedbysolgelmethodan

16、dco-dopedwithBi3+andMg2+J.JournalofSol-GelScienceandTechnology，2021，64：315-323.【3】KimGH，LeeSJ，KimYJ.TheEvolutionoftheOpticalSpectraofM，MTiO3：Pr3+M，M'：Ca2+，Zn2+，Sr2+PhosphorsJ.ECSTransactions，2021，41：57-62.【4】KimGH，LeeSJ，KimYJ.TheeffectsofzinconthestructuralandluminescentpropertiesofCa1-xZnxTiO3：Pr3+phosphorsJ.OpticalMaterials，2021，34：1860-1864.【5】WuYB，SunZ，RuanKB，etal.EnhancingphotoluminescencewithLi-dopedCaTiO3：Eu3+redphosphorspreparedbysolidstatesynthesisJ.JournalofLu