銪離子摻雜硼酸鋇熒光材料的制備及其發(fā)光性

任曉哲 賈林艷 于文卓 韓俊鳳 邵長斌

摘 要：以碳酸鋇、硼酸、氧化銪為原料，通過高溫固相法制備Ba2B2O5：Eu3+熒光材料.結(jié)果表明：焙燒溫度為950 ℃，銪離子的摻雜量為5%（mol），其發(fā)光性能最佳.該熒光粉可以被近紫外光有效激發(fā)，最強(qiáng)發(fā)射峰為Eu3+的5D0→7F2電偶極躍遷，最強(qiáng)發(fā)射波長為618 nm處的紅光.

關(guān)鍵詞：白光LED;紅色熒光粉;高溫固相法

[中圖分類號(hào)]O469 ? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

Abstract：Ba2B2O5：Eu3+fluorescent materials were prepared by high temperature soild phase method with barium carbonate，boric acid and europium oxideas raw materials.The optimized process parameters of fluorescent materials were selected by changing calcination temperature and doping amount of europium.The results showed thatthe best luminescence performance was obtained by calcination temperature of 950℃ and doping amount of europium ion of 5%（mol）.The phosphor can be effectively excited by the near-ultraviolet light .The strongest emission peak at 618nm wasascribed to the forced electric dipole transition 5D0→7F2 of Eu3+ions.

Key words：white LED;red phosphor;high temperature solid state method.

稀土元素由于其特殊的能級(jí)結(jié)構(gòu)而常常被用于發(fā)光材料，其中Eu3+是應(yīng)用最廣泛的一種紅色發(fā)光材料的激活劑.[1-2]稀土硼酸鹽因具有相對(duì)較低的合成溫度、優(yōu)良的發(fā)光性能、簡單的合成工藝以及相對(duì)穩(wěn)定的物理化學(xué)性質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是良好的發(fā)光材料的基質(zhì)[3]，稀土硼酸鹽系列熒光粉得到較大的發(fā)展，生產(chǎn)出了多種發(fā)光特性優(yōu)良的稀土硼酸鹽熒光粉.[4]硼酸鋇熒光材料因?yàn)閮?yōu)異的光學(xué)性能被廣泛的應(yīng)用于生活中.[5]本文采用高溫固相法合成以Ba2B2O5為基質(zhì)、稀土Eu3+為激活劑的熒光材料，并對(duì)所制備材料的發(fā)光性能進(jìn)行研究.

1 實(shí)驗(yàn)部分

稱取反應(yīng)原料于瑪瑙研缽中研磨，加入過量的硼酸（過量10%）.將混合物放置于不同溫度的馬弗爐中焙燒，自然冷卻后研磨，得到目標(biāo)產(chǎn)物.

Rigaku/Dmax-2200型X射線衍射儀分析檢測晶體結(jié)構(gòu)，輻射源為銅靶， 電壓是40 kV， 電流為30 mA， 步長0.02°.Hitachi Limited公司的F-7000熒光分光光度計(jì)測試樣品的發(fā)射光譜.

2 結(jié)果與討論

2.1 Ba2B2O5：Eu3+的熒光光譜分析

實(shí)驗(yàn)制備的Ba2B2O5：Eu3+熒光粉為粉末狀白色晶體，圖1A是波長為616 nm監(jiān)測波長下測定的Ba2B2O5：Eu3+熒光粉激發(fā)光譜圖.由圖1A可以看出，Ba2B2O5：Eu3+的激發(fā)光譜由一系列峰組成：362 nm（7F0→5L4），381 nm（7F0→5L7），394 nm（7F0→5L6），464 nm（7F0→5D2），最大峰值出現(xiàn)在394 nm處.說明在362，381，394，464 nm波長下的光可以有效激發(fā)Ba2B2O5：Eu3+熒光粉，394 nm是Ba2B2O5：Eu3+熒光材料的最適激發(fā)波長，可被紫外光LED芯片有效激發(fā).[6]圖1B為381 nm和394 nm激發(fā)波長下所產(chǎn)生的Ba2B2O5：Eu3+發(fā)射光譜圖，在550～750 nm處，主要包含兩個(gè)強(qiáng)峰，在596 nm是Eu3+的5D0→7F1磁躍遷，該現(xiàn)象屬于Eu3+的磁偶極躍遷，此時(shí)Eu3+處在嚴(yán)格的反演中心晶格位置.618 nm是Eu3+的5D0→7F2電躍遷，是Eu3+電偶極躍遷，此時(shí)Eu3+處在非對(duì)稱反演中心晶格狀態(tài);在655 nm附近發(fā)生了5D0→7F3躍遷和715 nm附近發(fā)生了5D0→7F4躍遷.[7-8]從圖1B中可以看出，Ba2B2O5：Eu3+發(fā)光性能最強(qiáng)的發(fā)射波長為618 nm，此時(shí)發(fā)出的光是紅光.

2.2 反應(yīng)溫度對(duì)熒光粉發(fā)光性能的影響

圖2是摻雜量為5%的Ba2B2O5：Eu3+熒光粉樣品分別于焙燒溫度為850，900，950，1 000 ℃下焙燒200 min所制備的Ba2B2O5：Eu3+熒光粉發(fā)射光譜圖.由圖2中可以看出，隨著溫度的升高，熒光粉的發(fā)光強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，但1 000 ℃下焙燒的樣品最強(qiáng)發(fā)射峰位于596 nm處，其余幾個(gè)最強(qiáng)峰在618 nm和 596 nm為橙色光，樣品色純度不好.因此，最適宜反應(yīng)溫度為950 ℃.

圖3是樣品分別于焙燒溫度為850，900，950，1 000 ℃下焙燒200 min所制備的Ba2B2O5：Eu3+熒光粉XRD譜圖和JCPDS卡片24-0087上的標(biāo)準(zhǔn)譜圖.Ba2B2O5：Eu3+熒光粉晶格參數(shù)為a = 11.014，b = 12.684，c = 16.586.可以看出，850 ℃，900 ?℃，950 ?℃條件下反應(yīng)生成的Ba2B2O5：Eu3+熒光粉的XRD譜圖，其主要衍射峰位置與標(biāo)準(zhǔn)卡片一致，表明生成了Ba2B2O5晶體，但在21.35°，30.50°，38.83°，43.35°附近有雜峰.雜峰均來自BaB2O4基質(zhì)，表明在制備Ba2B2O5：Eu3+熒光粉過程中生成了BaB2O4雜項(xiàng).1 000 ℃條件下反應(yīng)生成的Ba2B2O5：Eu3+熒光粉XRD譜圖中，還有一些其他雜峰的出現(xiàn).因?yàn)?50 ℃條件下生成的熒光粉XRD衍射峰數(shù)據(jù)和JCPDS卡片24-0087相比，峰的相對(duì)強(qiáng)度優(yōu)于850 ℃和900 ℃，所以，950 ℃條件下反應(yīng)對(duì)Ba2B2O5基質(zhì)晶格發(fā)育影響相對(duì)較小.Ba2B2O5空間群為P2/m.