紅色熒光粉Ba7Zr（PO4）6：Sm3+的合成及其發光特性研究

袁書含　朱革　辛雙宇

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

關鍵詞 發光材料 發光性能 熒光粉

中圖分類號：O482.31 文獻標識碼：A

0引言

在新興的全球能源困境背景下，白光發光二極管（LED）與傳統光源相比具有節能，效率高，壽命長和緊湊等眾多優點，引起了人們的高度關注。在過去的幾十年中，被稀土離子激活的熒光粉在許多領域顯示出廣泛的應用，例如固體激光，臨床醫學，顯示照明和環境監測與監測。在稀土離子中，Sm3+（4f5）離子是用于分析發光性質的最有趣的活性離子之一，因為Sm3+離子的4G5/2能級通常表現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，在真空紫外區具有強吸收性，穩定的物理和化學性質以及低的煅燒溫度而被廣泛研究。本文針對基礎研究和應用需求，開發了一種新型磷酸鹽紅色熒光粉Ba7Zr（PO4）6：Sm3+（BZP：Sm3+），并對其發光特性進行了的探討。

1實驗

在這項工作中，用固相反應合成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。根據化學計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 D/Max-2400 X 射線衍射儀 （XRD） 與識別晶體結構，采用FS5-MCS熒光分光光度計檢測熒光光譜性能。

2結果和討論

為了研究合成的BZP： xSm3+ （0≤x≤0.04） 熒光粉的相純度和結晶性質，對BZP： xSm3+的粉末進行了XRD測試。圖1顯示了不同Sm3+含量的BZP：xSm3+熒光粉的一系列XRD圖譜以及標準PDF卡片（JCPDF 33-0190）。可以看出，即使當摻雜含量增加到0.04時，在上述XRD圖中也沒有發現可檢測到的雜質相。 所有XRD衍射峰與標準PDF卡完全匹配，表明獲得的樣品是單相的，說明Sm3+離子已成功進入BZP主體且不改變晶體結構。

在402nm的激發下，BZP：xSm3+（0.005≤x≤0.04）的發射光譜表現出一系列位于540-750nm的線狀發射，主峰位于600nm處，其可歸因于4G5/2激發態到6H5/2，6H7/2，6H9/2和6H11/2基態的內部4f躍遷，如圖2所示。插圖說明了BZP：xSm3+的發射強度與摻雜含量x之間的關系。 隨著Sm3+離子含量x的增加，發現Sm3+離子的發射強度逐漸增加，在0.03時達到最大值，然后當濃度猝滅后Sm3+濃度進一步升高到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+之間發生有效的共振能量轉移，伴隨著一部分遷移到遠處發光發生猝滅，導致發光猝滅。此外，基于發射光譜計算最佳樣品BZP：0.03Sm3+樣品的國際照明委員會（CIE）色坐標為（0.606，0.393）。

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

3結論

首次通過高溫固相反應制備了具有優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，結果顯示所有樣品都是單相。激發和發射光譜表明，BZP：xSm3+（0.005≤x≤0.04）在紫外區域有較強的激發峰，主峰位于402nm，歸屬于Sm3+ 的6H5/2-4F7/2躍遷激發；在402nm激發下，BZP：Sm3+表現出主峰位于600nm的紅光發射；研究還發現Sm3+的最佳摻雜濃度為0.03，CIE色坐標為（0.606，0.393）。研究結果表明，BZP：Sm3+具有優良的光致發光性能，可作為潛在的紅色熒光粉用于白光LED方面。

致謝

感謝渤海大學創新創業與實踐學院以及全國大學生創新創業項目對本工作的支持。

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