Bi3+摻雜Gd3BWO9藍色熒光粉的合成與發光性質研究

殷彩珍，楊幸玲，胡麗君，韋曉賢，莫福旺1，

（1.廣西碳酸鈣資源綜合利用重點實驗室；2.賀州學院材料與化學工程學院，廣西 賀州 542899）

Bi元素素有“奇異元素”的美譽，其價電子排布為[Xe]4f145d106s26p3，最外層電子排布為半滿狀態，受到激發時電子容易轉移，形成多種價態的鉍離子，當鉍的價態為+3價時，在紫外區有強且寬的吸收，其發光易受晶體場環境的影響而呈現紫外至紅色的光色發射[1-3]。

Gd3BWO9具有P63構型，具有d0電子組態的W6+通過有效的電荷遷移態（CTS）有效地吸收紫外或近紫外光的能量，基團中的BO33-具有較強的還原性，可以抑制金屬離子的氧化[4-5]。

本文以Bi3+為研究對象，Gd3BWO9為基質化合物，進行Bi3+摻雜發光材料的制備、結構表征、發光性質及光熱穩定性的研究，并對其發光機理進行分析解釋，希望能夠開發出一種發光效率高、光熱穩定性高、能被紫外或近紫外有效激發且光色可調的熒光粉。

1 試驗部分

1.1 Gd3BWO9:Bi3+黃色熒光粉的合成

用高溫固相法，在空氣氣氛條件下合成Bi3+摻雜的Gd3BWO9基質熒光粉，稱取固定摩爾量的Gd2O3、WO3、H3BO3、Bi2O3置于瑪瑙研缽中，用研杵研磨均勻，將研磨后的混合物置于剛玉干鍋中然后升溫至1000oC煅燒7 h，自然冷卻后取出研磨即得所需樣品。

1.2 樣品測試

用日本理學Rigaku Ultra Ⅳ X射線衍射儀測試樣品的晶體結構，樣品的發光性質用以Xe燈為光源的日立F2500熒光分光光度計進行測試，所有的測試都是在室溫環境下進行。

2 結果與討論

2.1 晶體結構

圖1 樣品Gd3BWO9:Bi3+的XRD圖譜

圖1是不同摻Bi3+量的樣品的XRD圖譜，用固相法制備的不同摻雜量的粉末的XRD圖譜與Gd3BWO9的標準譜圖比較完全符合，說明制備得到的是Gd3BWO9的純相，樣品屬于六方晶系，P63（173）晶群。依據文獻，Gd3+、B3+、W6+、Bi3+的離子半徑分別為94 pm、27 pm、41 pm、96 pm，所以Bi3+趨于取代Gd3+的格位[6]。

2.2 樣品的發光性質分析

單摻Bi3+量為10 mol%的樣品的激發和發射圖譜如圖2（a）所示，在496 nm光的監測下，樣品的激發波譜分為兩個部分，一部分從220 nm至320 nm左右，對應于Bi3+的1S0→1P1躍遷吸收，另外的部分從320 nm至370 nm，歸屬于Bi3+的1S0→3P1躍遷吸收[7-9]。用340 nm的光激發樣品時，得到的是不對稱的寬發射峰，最大峰位于496 nm處，對應于Bi3+的軌道-自旋耦合允許躍遷3P1→1S0，在340 nm激發光的激發下，樣品發出較強的藍色熒光[10-12]。

圖2（b）是不同摻Bi3+量樣品的激發和發射圖譜，在340 nm波長光的激發下，樣品在496 nm處的發射光強度隨著摻雜量的增加逐步減小，這是由于隨著Bi3+濃度增加，發光中心濃度升高，相鄰Bi3+之間的距離變短，電多級交互作用增強促使能量轉移現象增強，導致發光減弱，發生濃度猝滅效應，說明Bi3+最佳摻雜濃度為2 mol%[12]。

圖2 Gd3BWO9:xBi3+熒光粉的激發（λex=496 nm）和發射（λex=340 nm）圖譜

3 結論

用高溫固相法合成了Gd3BWO9:Bi3+系列藍色熒光粉，用XRD、熒光分光光度計測試了熒光粉的晶體結構發光性能。XRD表征表明，少量Bi3+摻雜對熒光粉的空間結構未產生顯著的影響。Gd3BWO9:Bi3+熒光粉樣品屬于六方晶系，P63（173）空間群，200～320 nm和320～370 nm的激發峰分別屬于Bi3+的1S0→1P1和1S0→3P1躍遷吸收。以340 nm作為激發光源，筆者發現樣品的發射峰位于496 nm處，對應于Bi3+的3P1→1S0躍遷。