Eu3+、Tb3+摻雜的以LaPO4、SiO2、TiO2不同組合為基質(zhì)的發(fā)光材料的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)研究.pdf

1、稀土元素因?yàn)槠洫?dú)特的電子層結(jié)構(gòu)而具有良好的光學(xué)、電學(xué)和磁學(xué)性質(zhì)。在這些性能中,其光學(xué)性能異常優(yōu)異,是一般元素?zé)o法替代的。近些年來(lái),以摻雜Eu3+、Tb3+為激活劑制備紅色、綠色發(fā)光材料的研究備受矚目。同時(shí)由于激活劑 Eu3+和 Tb3+的發(fā)光性質(zhì)與其摻雜的基質(zhì)材料關(guān)系密切,所以,通過(guò)改變基質(zhì)的材料以提高或改善稀土摻雜材料的發(fā)光性質(zhì)是研究的熱點(diǎn)之一。本文采用溶膠-凝膠法,以 La(NO3)3·6H2O、(NH4)2HPO4、正硅酸乙酯、鈦

2、酸丁酯為原料,分別制備了以LaPO4-5SiO2、LaPO4-7TiO2、LaPO4-5SiO2-7TiO2為復(fù)合基質(zhì)的摻入Eu3+或Tb3+為激活劑的稀土發(fā)光材料。利用TG-DTA、TEM、XRD、IR和激發(fā)、發(fā)射光譜,對(duì)材料的形貌、結(jié)構(gòu)、發(fā)光性能等進(jìn)行了表征及分析,研究了退火溫度、摻雜濃度、基質(zhì)比例等因素對(duì)材料發(fā)光性能的影響。
　　實(shí)驗(yàn)共分兩大部分:
　　第一部分,摻雜的稀土元素均不變,均為 Eu3+離子,而基質(zhì)材料分別

3、選擇 LaPO4-5SiO2、LaPO4-7TiO2、LaPO4-5SiO2-7TiO2作為復(fù)合基質(zhì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,Eu3+摻雜LaPO4-5SiO2、LaPO4-7TiO2、LaPO4-5SiO2-7TiO2三種稀土發(fā)光材料均可以發(fā)射單色性較好,強(qiáng)度較大的紅光,是優(yōu)良的紅色發(fā)光材料,其中以LaPO4-7TiO2:Eu3+發(fā)光材料的發(fā)光性能最為優(yōu)良。在 LaPO4-5SiO2:Eu3+發(fā)光材料中,比較了單純 LaPO4、SiO2和復(fù)合基

4、質(zhì)LaPO4-5SiO2的發(fā)光性能,發(fā)現(xiàn)復(fù)合基質(zhì)材料更有利于Eu3+的摻雜,從而更能節(jié)省稀土資源的消耗。LaPO4-5SiO2:Eu3+發(fā)光材料的最佳退火溫度為800℃,此時(shí)材料主要為L(zhǎng)aPO4六方相結(jié)構(gòu),主要存在Si-O-Si鍵和P-O-P鍵,最佳激發(fā)波長(zhǎng)為395nm,Eu3+摻雜濃度在7.00％-9.00%(at%)范圍內(nèi),材料的發(fā)光強(qiáng)度基本保持一致,這為材料的制備及應(yīng)用降低了難度。在LaPO4-7TiO2:Eu3+發(fā)光材料中,最佳

5、激發(fā)波長(zhǎng)為465nm,Eu3+的最佳摻雜濃度為9.00%(at%),材料在400℃退火處理時(shí)形成非晶態(tài),在1000℃退火處理時(shí)形成晶態(tài)。在非晶態(tài)和晶態(tài)時(shí),材料的發(fā)光強(qiáng)度都很大,但二者相比,材料在晶態(tài)時(shí)發(fā)光強(qiáng)度更大。在LaPO4-5SiO2-7TiO2:Eu3+發(fā)光材料中,材料的最佳激發(fā)波長(zhǎng)也是465nm,最佳退火溫度為800℃,此時(shí)材料處于缺陷態(tài),這種狀態(tài)非常利于 Eu3+摻雜到基質(zhì)材料中,從而提高發(fā)光強(qiáng)度。同時(shí)紅外光譜和發(fā)射光譜分析顯

6、示,材料中Ti-O-S i鍵的形成破壞了材料中的 Ti-O-Ti鍵,改變了材料中 TiO2的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),影響了材料的對(duì)稱(chēng)性,而對(duì)稱(chēng)性的改變對(duì)Eu3+的發(fā)光性能具有一定影響。
　　比較合成的三種Eu3+摻雜LaPO4-5SiO2、LaPO4-7TiO2、LaPO4-5SiO2-7TiO2稀土發(fā)光材料,發(fā)現(xiàn)以Eu3+摻雜LaPO4-7TiO2發(fā)光材料的發(fā)光性能最為優(yōu)良。其電偶極躍遷發(fā)射遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于磁偶極躍遷發(fā)射,單色性較好,同時(shí)當(dāng)Eu3+離

7、子摻雜量為9.00(at%)時(shí)(此時(shí)三種發(fā)光材料的發(fā)光強(qiáng)度基本都達(dá)到各自的最大發(fā)光強(qiáng)度),LaPO4-7TiO2材料的發(fā)光強(qiáng)度比其他兩種材料的發(fā)光強(qiáng)度更大。所以說(shuō)Eu3+離子摻雜LaPO4-7TiO2發(fā)光材料的發(fā)光性能是最為優(yōu)良的。
　　第二部分,選擇 LaPO4-5SiO2為基質(zhì)材料,制備了 Tb3+單摻 LaPO4-5SiO2的綠色發(fā)光材料和 Eu3+、Tb3+共摻 LaPO4-5SiO2的白光發(fā)光材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,Tb3+

8、單摻LaPO4-5SiO2發(fā)光材料可發(fā)射強(qiáng)度大、單色性好的綠光,是一種優(yōu)良的綠色發(fā)光材料。而Eu3+、Tb3+共摻LaPO4-5SiO2發(fā)光材料在紅、綠、藍(lán)三種波段均有發(fā)射,可制成白光發(fā)光材料。在 Tb3+單摻LaPO4-5SiO2的發(fā)光材料中,材料的最佳退火溫度為800℃,最佳激發(fā)波長(zhǎng)為377nm,Tb3+的摻雜濃度在7.00%-10.00%(at%)時(shí),材料發(fā)射強(qiáng)度基本保持穩(wěn)定。在Eu3+、Tb3+共摻LaPO4-5SiO2發(fā)光材料

9、中,Eu3+、Tb3+共同摻雜時(shí),Tb3+對(duì) Eu3+具有敏化作用,且材料中存在著 Eu3+(4f6)+Tb3+(4f8)=Eu2+(4f7)+Tb4+(4f7)平衡,致使材料中出現(xiàn)了 Eu2+的藍(lán)光發(fā)射、Tb3+的綠光發(fā)射和 Eu3+的紅光發(fā)射,從而通過(guò)調(diào)節(jié)稀土離子的摻雜比例達(dá)到合成白光發(fā)光材料的目的。綜上所述,LaPO4-5SiO2在單摻 Tb3+或共摻Eu3+、Tb3+時(shí),能夠發(fā)射較好的綠色或白色發(fā)光,并且材料的熱穩(wěn)定性優(yōu)良,在較