材料科學綜合

Eu3＋摻雜Gd4Zr3O12紅色熒光粉的制備及其發光性能研究

游維雄，肖宗梁，賴鳳琴，等

摘要：目的：LED用發光材料的研究與新體系探索一直是發光材料研究領域前沿課題。鋯酸鹽因其具有良好的物理化學性能，如優異的高溫穩定性、良好的化學穩定性和機械強度等，而被廣泛用于發光基質材料。采用溶膠凝膠法制備了Eu3＋離子摻雜Gd4Zr3O12紅色熒光粉，研究了其發光性質，并對Eu3＋離子濃度對發光性能的影響進行了探討。方法：實驗所用原料為氧化釓、氧化銪、硝酸氧鋯、丙烯酸、過硫酸銨。首先，根據化學計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，在加熱攪拌下進行以上溶解過程，直至出現無色澄清透明溶液；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的量的比為5︰1），用以絡合混合液中的金屬陽離子，并在80℃下持續加熱攪拌一段時間，加入少量的過硫酸銨作為引發劑，引發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。結果：XRD譜圖顯示樣品的衍射峰與Y4Zr3O12標準譜圖相吻合，說明樣品中主晶相為Gd4Zr3O12，晶體所屬結構為三方晶系，空間群。沒有雜相的存在說明稀土離子Eu3＋已經摻雜進入Gd4Zr3O12晶格，并且Eu3＋離子的摻入沒有改變晶體的結構，但是樣品的衍射峰向低角度方向偏移。樣品顆粒具有規則的晶體外形，顆粒尺寸在50 nm左右，有一定的團聚現象存在。樣品可以被394和467 nm波長有效激發，說明樣品在白光LED方面具有潛在應用價值。另外5D0→7F2躍遷（612 nm）的發射強度明顯強于5D0→7F1躍遷（593 nm）發射強度，說明Eu3＋離子在基質中占據非中心對稱格位。樣品的發光強度隨著Eu3＋離子濃度的增加呈鋸齒狀變化，而激發光譜隨濃度的變化有相同的變化規律。394和467 nm激發下的樣品發光強度隨Eu3＋離子濃度的增加整體呈現上升趨勢，但是在摻雜濃度14%出現反常下降。在所研究的Eu3＋離子摻雜濃度范圍內，并沒有觀察到明顯的濃度猝滅效應。不同激發波長下，樣品的紅橙比隨著Eu3＋離子濃度的增加整體呈現下降趨勢，說明摻雜濃度的增加導致Eu3＋離子周圍的對稱環境增加。結論：采用丙烯酸為絡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基質中的Gd3＋離子進入晶格，但由于離子半徑的差異，Eu3＋的摻雜會引起Gd4Zr3O12晶格膨脹，導致XRD衍射峰向低角度方向移動。所合成的納米顆粒具有規則的形狀和良好的結晶性。樣品呈現典型的紅光發射，主發射峰為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激發下的發光強度隨Eu3＋離子濃度的增加呈現鋸齒狀變化規律，并且電荷遷移帶隨著Eu3＋離子濃度的增加往長波方向移動。在所研究的濃度范圍內，沒有觀察到明顯的濃度猝滅現象。Eu3＋離子摻入能夠使得格位離子的排列更為有序，格位對稱性增加，從而導致紅光發射降低而橙光發射增強，樣品的紅橙比隨著Eu3＋離子濃度的增加整體呈現下降趨勢。

來源出版物：中國稀土學報, 2016, 34(1): 11-16

入選年份：2016