SrZnO-,2-及其摻雜新型熒光體的合成與發(fā)光性能研究.pdf

1、本文從SrZnO2的合成方法、發(fā)光性能、發(fā)光機(jī)理、摻雜SrZnO2熒光體等方面，綜述了SrZnO2及摻雜的研究進(jìn)展。首次采用檸檬酸溶膠凝膠法成功合成了SrZnO2及稀土離子摻雜熒光粉。應(yīng)用X射線衍射、拉曼光譜、紅外光譜、熱重分析、紫外-可見吸收光譜、熒光光譜、透射電鏡等先進(jìn)儀器對材料進(jìn)行了表征，得到以下主要結(jié)論： 采用檸檬酸溶膠凝膠法成功地合成SrZnO2熒光材料，粉體呈淺綠色，所含雜相極少，顆粒呈棒狀，平均長度在500nm左右

2、，寬度在30nm左右。該樣品在380nm激發(fā)下，發(fā)出很強(qiáng)的綠色熒光，發(fā)射主峰位于545nm附近。當(dāng)煅燒溫度為1000℃，檸檬酸與金屬離子的比為3:1，起始溶液的pH值為5時，發(fā)光強(qiáng)度達(dá)最大。該材料可用于LED照明綠色熒光粉等領(lǐng)域。 熒光體的紫外光譜和激發(fā)光譜顯示SrZnO2是一種新型半導(dǎo)體材料，它的發(fā)光來源于材料中氧空位(Vo)缺陷發(fā)光。論文還研究了Sr/Zn比例對SrZnO2熒光體發(fā)光性能的影響。當(dāng)Sr/Zn比例達(dá)到0.8:1

3、時，熒光強(qiáng)度達(dá)到最大。SrO過量時SrZnO2的熒光峰位發(fā)生藍(lán)移，ZnO過量時SrZnO2的熒光峰位發(fā)生紅移。 通過TEM圖，本文發(fā)現(xiàn)用檸檬酸溶膠凝膠法制得的樣品在不同燒結(jié)溫度下呈現(xiàn)不同的形貌。隨著溫度的升高，形貌由噴射狀納米束轉(zhuǎn)變?yōu)獒槧钤俎D(zhuǎn)變?yōu)榘魻詈笥址纸鉃榧{米束。 本文詳細(xì)研究了釤離子摻雜SrZnO2熒光體的發(fā)光性能、格位取代、濃度猝滅、能量傳遞以及共摻雜堿金屬(Li,Na,K)離子對SrZnO2：Sm3+發(fā)光性能的

4、影響。制得的SrZnO2：Sm3+熒光粉體為白色，粒徑微細(xì)。SrZnO2：Sm3+熒光體的激發(fā)光譜分為兩部分：1、峰值位于413nm銳線峰和主峰位于262nm較寬的激發(fā)帶，前者屬于Sm3+離子的f→f躍遷，后者來源于Sm3+-O2-的電荷躍遷(CTB)，在SrZnO2中Sm3+的f→f躍遷強(qiáng)度大于CTB的強(qiáng)度；2、主峰位于380nm左右強(qiáng)度較弱的寬帶激發(fā)峰屬于SrZn02吸收。 在262或413nm激發(fā)下出現(xiàn)四組發(fā)射峰：568n

5、m(5G5/2→6H5/2)，607nm(5G5/2→6H7/2)，655nm(5G5/2→6H9/2)，705nm(5G5/2→6H11/2)。四組發(fā)射峰中，位于607nm附近發(fā)射峰的強(qiáng)度最大。其中5G5/2→6H9/2的躍遷屬于禁阻的電偶極躍遷，這組發(fā)射峰的出現(xiàn)表明Sm3+的格位對稱性有所降低。進(jìn)一步研究表明，Sm3+離子進(jìn)入SrZnO2晶格后，同時分別取代少量Sr2+和少量Zn2+離子，占據(jù)了非對稱和對稱性格位，發(fā)出655nm和6

6、07nm兩種波長熒光，且取代Zn2+離子的Sm3+離子數(shù)目可能大于取代Sr2+離子的數(shù)目。 研究表明，SrZnO2：Sm3+熒光體在380nm激發(fā)下，出現(xiàn)SrZnO2基質(zhì)的發(fā)射峰，隨著Sm3+離子濃度增加，該峰的強(qiáng)度逐漸減弱，而屬于Sm3+離子的紅色發(fā)射峰則增強(qiáng)，由此進(jìn)一步證實在一定Sm3+濃度范圍，SrZnO2：Sm3+有基質(zhì)吸收能量，并向激活離子傳遞能量的現(xiàn)象。 實驗表明，在SrZnO2：Sm3+熒光體中Sm3+離子

7、猝滅濃度為1.0mol﹪。引起濃度猝滅的原因是由于Sm3+濃度過高時，離子間距離變短，相互作用增強(qiáng)，產(chǎn)生能量共振轉(zhuǎn)移；Sm3+-Sm3+之間主要以4G5/2+6H5/2→6F9/2+6F9/2方式發(fā)生交叉弛豫，導(dǎo)致熒光發(fā)射猝滅。根據(jù)Dexter理論，經(jīng)過計算得知Sm3+的4G5/2+6H5/2→6F9/2+6F9/2躍遷發(fā)射的自身濃度猝滅機(jī)理為電偶極-四極相互作用。堿金屬離子尤其是Li+對熒光體的激發(fā)和發(fā)射光譜有明顯的增強(qiáng)作用。摻入Li

8、+離子后，SrZnO2：Sm3+熒光體的晶化程度提高，熒光強(qiáng)度進(jìn)一步增強(qiáng)。 SrZnO2：Pr3+的激發(fā)光譜在200～300nm之間，主峰位于262nm左右，歸屬為Pr3+離子基態(tài)到4f-5d激發(fā)態(tài)的吸收。在262nm激發(fā)下得到四個發(fā)射峰：490、538、622和657nm。分別歸屬為Pr3+離子的3p0→3H4、3p0→3H6、3p0→3F2與3p0→3F2。其中490nm的強(qiáng)度最大，由于晶體場的作用，該峰有一定的劈裂。SrZ

9、nO2：Pr3+中pr3+離子猝滅濃度為0.10mol﹪。分析了pr3+在SrZnO2中發(fā)光途徑。摻雜一價金屬離子(Li，Na，K，Ag)后，不同程度地提高了SrZnO2：Pr3+的熒光強(qiáng)度，尤其是K+離子的效果最好。 通過篩選分別得到了發(fā)光效果較好的SrZnO2：Sm3+，Li+和SrZnO2長波紫外激發(fā)紅色，綠色熒光體。它們都能有效地吸收波長為350～420nm的能量，發(fā)射較強(qiáng)的紅光和綠光，在LED照明技術(shù)中具有很好的應(yīng)用價