Si,Lu掺杂Ca0.8Zn0.2TiO3∶Pr3+荧光粉的光学性能改善

更新时间:2016-07-05

1 引 言

目前,以稀土掺杂的铝酸盐、硅酸盐蓝色和绿色长余辉材料已经实现商用[1-2],但是红色长余辉发光材料因为余辉时间短、发光强度低等原因尚未得到广泛应用。尽管Eu3+、Sm3+激活的硫氧化物和硫化物等都展现出良好的红色长余辉性能[3-4],Kojima等[5]报道SrS∶Eu2+,Pr3+橘红色荧光粉的余辉时间达到1 000 min,但硫化物在潮湿的空气中容易分解放出H2S,对人体和环境均有很大的影响。因此,寻找具有良好性能的红色长余辉发光材料,仍具有重要的实际意义。

自1997年Diallo等[6]报道CaTiO3∶Pr3+的红色长余辉发光性质之后,Pr3+激活的碱土金属钛酸盐荧光粉由于其化学性能稳定、热稳定性较好成为近年来红色长余辉材料研究的热点,但是发光强度仍不能满足实际应用。因此该材料研究主要集中在基质变化[7-8]、电荷补偿剂的添加[9-15]以及不同合成方法改变粒径等来改善其发光强度及余辉性能。Royce等[16]报道在CaTiO3∶Pr3+中掺杂Mg2+和Zn2+离子能显著提高Pr3+的光致发光,并能延长余辉时间。公认的Ca0.8Zn0.2TiO3∶Pr3+荧光粉具有较好的发光强度及余辉性能[17]。在基质中引入不同的电荷补偿剂如Na+、Tl+、Ag+替代Ca2+[6],或者Al3+[9]、In3+[10]Ln3+(Ln= La,Lu,Gd)[11-12]、Zr4+[13]、Nb5+[14]替代Ti4+能不同程度地提高荧光粉的发光强度。文献[15]利用第一性原理计算了CaTiO3体系中掺杂轻稀土离子如Ce、Pr、Nd会取代Ca位,而掺杂重稀土离子如Yb、Tm、Er更易取代Ti位。除固相法外,溶胶-凝胶法[17]、水热法[18]、共沉淀法[19]、静电纺丝法[20]、光化学法[21]等都在一定程度上提高了CaTiO3∶Pr3+的发光强度,但是均需要严格控制合成条件,因此固相法仍然是工业化生产的首选。

传统的离子掺杂主要集中在单一阳离子或阴离子改性,已有研究发现Si4+的添加可以改善CaTiO3∶Pr3+的红光发射[22],由于Si—N键具有较高的稳定性,我们尝试用Si—N键来优化Ca0.8Zn0.2TiO3∶Pr3+荧光粉,发现以β-Si3N4为硅源制备的荧光粉具有较好的发射强度及余辉性能,并在此基础上讨论了Lu3+的添加对荧光粉微观结构及光学性能的影响。

2 实 验

Ca0.8Zn0.2TiO3∶0.2%Pr3+,xSi4+(简写为CZT-PSxx=0~8%)和Ca0.8Zn0.2TiO3∶0.2%Pr3+, 0.032Si4+,yLu3+(简写为CZT-PS3.2%Lyy=0~0.4%)荧光粉以传统的高温固相法合成。原料CaCO3、ZnO、TiO2、Na2CO3、SiO2(或H2SiO3、石英粉)和H3BO3均为分析纯,β-Si3N4 纯度为99.9%,Pr6O11 和Lu2O3纯度为99.99%。H3BO3作为助熔剂,添加量为原料质量的5%。将原料在玛瑙研钵中充分混合均匀,再转移至氧化铝坩埚中,于1 150 ℃空气中煅烧3 h得目标产物。作为对照,CaTiO3∶0.2%Pr3+(简写为CT-P)和Ca0.8Zn0.2TiO3∶0.2%Pr3+(简写为CZT-P)荧光粉以固相法合成。

用日本理学D/max-2500型X射线衍射仪(XRD)进行物相分析,定量物相分析使用WPF-Rietveld方法完成。采用日立F-4500荧光分光光度计测试样品的激发、发光光谱和余辉衰减曲线(使用175 W R928光电倍增管,操作电压400 V,狭缝宽度均为2.5 nm,滤光片为UV390 nm)。使用配备BaSO4积分球附件作为背景的日立U-3010光谱仪测试固态紫外-可见漫反射光谱。采用日本电子公司生产的X波段JES-FA200型电子自旋共振谱仪测量样品的电子顺磁共振谱(EPR测量温度300 K,微波频率9.1 GHz,微波功率1 mW)。采用赛默飞DXR共聚焦显微拉曼光谱仪测试样品的拉曼光谱,以780 nm激光做激发光源。热释光谱的设备由一个线性加热器和EG&G PAR 光学多波段分析仪(中山大学物理学院)组成,测试条件为365 nm UV灯,辐照时间5 min,升温速度5 ℃/s。所有测试在空气中完成。

3 结果与讨论

3.1 Si源对CZT-P荧光粉的光学性能影响

过程写作法是一种创意性的写作教学方法,20世纪70年代从美国引入我国,起初是用于语文教学,后来影响、改变了我国英语写作教学的现状。这一理念是由以贾特·艾米格为代表的一些学者提出的,他们认为优秀的作家最先关注的是作品的写作思想而不是正确与否,如果作家创作初稿时过分注重自己的拼写正确与否,写作重点就会被分散。过程写作法将写作视为一个由表及里的过程,而不是直接的结果。这一写作方法提倡写作者要认真思考写作内容,在写作过程中要经历构思、写稿、修正、编辑等过程,体现线性认知过程。

图7是荧光粉CT-P、CZT-P、CZT-PS3.2%和CZT-PS3.2%L0.3%的归一化余辉衰减曲线,由于荧光粉CT-P在370 nm激发的发射很弱,相应的余辉衰减曲线未展示。从图中可以看到,Pr3+离子 1D23H4发射的寿命衰减曲线符合二次衰减函数,首先经历一个快衰减,接着是一个慢衰减过程。根据双指数公式(4)进行拟合,并利用公式(5)求得荧光粉的平均寿命T,相应的计算结果列于表3。

图1 不同Si源制备的Ca0.8Zn0.2TiO3∶Pr3+,3.2%Si4+荧光粉的归一化激发(a)和发射(b)光谱

Fig.1 Normalized excitation (a) and emission (b) spectra of Ca0.8Zn0.2TiO3∶Pr3+,3.2%Si4+ prepared using different Si sources

3.2 荧光粉的物相分析

图2(a)是不同离子掺杂CaTiO3∶Pr3+体系的XRD谱,相应的晶相定量分析结果列于表1。试样CT-P荧光粉由正交晶系的CaTiO3(JCPDS No. 42-0423,CTO)和少量的四方金红石TiO2(JCPDS No. 87-0920)组成。引入20%的Zn2+后,试样CZT-P中金红石相消失,在衍射角29.82°、35.13°等处出现对应于立方Zn2TiO4(JCPDS No.25-1164,ZTO)相的特征衍射峰,并探测有少量菱方Ca2Zn4Ti16O38(JPCDS:85-1102,CZT16)相。在此基础上添加Si4+、Lu3+,试样CZT-PS3.2%和CZT-PS3.2%L0.3%的晶相仍然由CTO、ZTO和CZTi16 三相组成,其中正交的CTO为主相。图2(b)为2θ位于33 °附近的放大图,与CT-P相比,引入了Zn、Si的试样的(121)晶面所对应的2θ角略微地向高角度移动,而试样CZT-PS3.2%与CZT-PS3.2%L0.3%的相比则无明显变化。这是由于Zn2+(6配位0.074 nm,8配位0.090 nm)、Lu3+(6配位0.086 1 nm,12配位0.114 nm)、Si4+(0.026 nm)离子半径与Ca2+(12配位0.134 nm)、Ti4+(6配位0.060 5 nm)的离子半径有差异,所以Zn2+取代Ca2+以及Si4+取代Ti4+后,均会使晶格收缩,使得2θ角向高角度偏移,而通常认为Lu3+取代Ca2+或Ti4+[12],虽然两者的半径有差异,但因为掺杂摩尔分数仅为0.3%,在XRD谱上观察不到明显的晶格变化。有文献认为Si、N以取代Ti和O位置的方式进入晶格,Si—N键的键长比Ti—O键短,从而导致晶格收缩[23]。从表1的物相分析中可以看出,Si4+、Lu3+离子的引入,使得Zn2TiO4

图2 不同离子掺杂荧光粉的XRD谱(a)和33°附近的XRD局部扩大图(b)

Fig.2 XRD patterns of phosphors doped with different ions (a) and the expand XRD patterns around 33°(b)

表1 各个样品的物相组成

Tab.1 Phase mass fraction of the phosphors %

SampleCTOZTOCZT16TiO2CT-P97.2……2.8CZT-P86.78.15.2…CZT-PS3.2%84.113.82.1…CZT-PS3.2%L0.3%82.815.31.9…

利用热释光谱可以研究荧光粉中的陷阱能级和陷阱密度,不同掺杂离子荧光粉的热释光谱曲线如图8所示。CT-P陷阱能级太浅,未检测出来,而其他样品则有不同深度的陷阱能级。根据Chen提出的公式(6)可近似地估算陷阱深度ET[33],计算结果列于表4。

3.3 荧光粉的电子顺磁共振谱

图3为CZT-P、CZT-PS3.2%和CZT-PS3.2%L0.3% 3种荧光粉的EPR谱。非Kramers Pr3+不显示EPR光谱[24],但是Pr4+却可以观察到。Pr4+离子的基态是3F5/2,可以分裂成2J+1=6个态。BaMO3钙钛矿(M=Ce, Zr, Sn)中Pr4+(4f 1电子结构)的EPR光谱为一个很大的6线精细结构[25],即对应于这6个不同的微观能态。从图3中可以观察到在301.4,309.5,317.7,326.3,335.2,344 mT附近有明显的EPR谱线,对应于Pr4+的6条特征谱线,在图中分别用P1~P6进行标记。

图3 不同离子掺杂荧光粉的EPR谱

Fig.3 EPR spectra of phosphors doped with different ions

3个样品谱线位置基本上保持一致,但是加入β-Si3N4、Lu2O3后的谱线强度有不同程度的变化:在285~298 mT范围强度提高,而在330~350 mT范围内除了P5和P6谱线外,其余的谱线强度降低。值得注意的是,在谱线300.8,309.1,313.6 mT处的强度都有不同程度的提高。EPR谱线强度与离子的配位环境密切相关,强度增强意味着[Pr4+Ti3+O3]+簇增加[25],尤以Lu3+的添加强度变化更为明显。

区域综合能源系统的综合评估指标与方法//陈柏森,廖清芬,刘涤尘,王文怡,王志义,陈思远//(4):174

受学习美术绘画的影响,所有的绘画元素,包括用光、用色、构图等,亚辰都会融入照片之中,拍出漂亮美丽的脸蛋是他每天的课题,“唯美”成了他的格调。

3.4 荧光粉的拉曼光谱

公式中h为普兰克常数(6.626 196×10-34 J/s),

分别以H2SiO3、石英粉、SiO2(细颗粒状)和β-Si3N4为硅源,保持Si4+掺杂摩尔分数为3.2%合成荧光粉的归一化激发光谱和发射光谱如图1所示。从图中可以看出,以β-Si3N4为硅源获得的荧光粉在370 nm激发下具有最大的发射强度。由于该原料除了提供Si4+外,还有N的引入,因此可以推测Si—N之间的成键使得荧光粉的局部微观环境有了细微的变化,从而使荧光粉的光谱得到增强。后续的EPR谱和拉曼光谱均证实了该推测。

表2 CaTiO3对应拉曼位移的分配[27]

Tab.2 Tentative band assignments for CaTiO3[27]

Observed energy shift/cm-1Band assignments639Ti—O对称伸缩495Ti—O3扭转模式471Ti—O3扭转模式337O—Ti—O 弯曲模式286O—Ti—O弯曲模式247O—Ti—O弯曲模式226O—Ti—O弯曲模式180O—Ti—O弯曲模式155Ca—TiO3 晶格模式

图4 不同离子掺杂荧光粉的拉曼光谱

Fig.4 Raman spectra of phosphors doped with different ions

3.5 荧光粉的紫外-可见漫反射光谱

荧光粉CZT-P、CZT-PS3.2%和CZT-PS3.2%L0.3%的紫外-可见漫反射光谱如图5(a)所示。荧光粉的主要吸收带来自于O2-的2p到Ti4+的3d的电子跃迁,波长约在330 nm,Si4+和Lu3+的掺杂显著增强了基质在350~500 nm范围内对光的吸收作用,对应于价间电荷迁移带(IVCT)及4f-4f之间的跃迁[12,25],有研究认为反射增加说明荧光粉中缺陷减少。将漫反射光谱经过公式(1)、(2)和(3)转换为(αhν)2的关系如图5(b)、(c)和(d)所示,通过做切线求得与横坐标的交点(横坐标截距),即为该荧光粉的带隙能Eg[32]

Eg==hc/λ=1240/λ,

(1)

F(R)=(1-R)2/2R,

(2)

(αhν)1/n=A(-Eg),

(3)

拉曼光谱是一种估计材料短程有序-无序程度的技术[26]。荧光粉CZT-P、CZT-PS3.2%和CZT-PS3.2%L0.3%的拉曼光谱如图4所示。从图中可以观察到属于CaTiO3的9个拉曼模式,分别位于159,185,229,250,291,340,473,496,637 cm-1,相应的拉曼位移分配如表2所示,基本与文献[27]的报道一致。添加了Si4+和Lu3+的荧光粉的Ca-TiO3的晶格模式由159 cm-1移向低波数,意味着存在Ca2+位的取代[28];185~340 cm-1范围的O—Ti—O弯曲模式以及473 cm-1和496 cm-1的扭振模式强度均有增强,意味着O簇的刚性增强;373,438 cm-1处出现的拉曼峰有可能对应于Ti格位的取代[29];731 cm-1出现的峰对应于Zn2TiO4的A1g振动模式[30];582 cm-1则对应于八面体Zn和四面体Ti的有序-无序结构[31]。拉曼数据结合图2的XRD证实了荧光粉基质主要由CaTiO3和Zn2TiO4两物相组成,强度的变化说明TiO6簇对称性提高[26],有利于Pr3+发光中心的能量传递[14],即Si4+、Lu3+的掺杂使得基质微观环境发生变化,从而影响荧光粉的发光性质。

ν为频率,λ为横坐标波长,R为反射系数,αF(R)为吸收系数,Eg为带隙(eV),A为比例常数。n值则根据所对应半导体带隙跃迁性质取值1/2,3/2,2和3,分别对应直接允许跃迁、直接禁阻跃迁、间接允许跃迁和间接禁阻跃迁。CaTiO3为直接带隙材料,取n=1/2,求得3种荧光粉的Eg约为3.62 eV,低于文献[25]报道的CaTiO3∶Pr3+的3.7 eV。Zn2+离子的掺入,降低了CaTiO3基质的带隙能Eg,Si4+、Lu3+离子的掺杂对基质带隙能Eg无明显影响。

图5 不同离子掺杂荧光粉的紫外可见漫反射光谱(a)及(ahν)2-曲线(b)、(c)、(d)。

Fig.5 UV-Vis diffuse reflection spectra of phosphors doped with different ion (a) and plots of (ahν)2 vs. (b), (c), (d).

3.6 Si4+、Lu3+引入对CZT-P荧光粉的光学性能影响

图6(a)、(b)、(c)是不同离子掺杂荧光粉的激发和发射光谱。Si源为β-Si3N4。以612 nm监控测定的激发光谱主要由两个位于250~350 nm和350~400 nm的强宽带(分别标记为A和B)以及位于450~500 nm的弱C带组成,分别对应于价带到导带之间的电子跃迁、Pr3+与Ti4+的价间电荷迁移(IVCT)(Pr3+/Ti4+↔Pr4+/Ti3+)、以及Pr3+的4f→4f(3H43P0,1,2+1I6)跃迁[25]。从图6(a)可以看到,Zn2+的添加极大地改善了300~400 nm的吸收带,与荧光粉CZT-P相比,Si4+、Lu3+的添加使336 nm的相对激发峰强度由2.98分别增加到3.69和4.30,而370 nm激发峰的相对强度则由1.38分别提升到1.70和2.49。由图6(b)和(c)可知,在336 nm和370 nm激发下,主峰位于612 nm 的发射带(归属于Pr3+1D23H4跃迁)强度随Si4+、Lu3+的添加获得较大提升,尤其是370 nm激发下的612 nm的红光发射强度增加尤为明显。图6(d)、(e)分别为336 nm和370 nm激发下荧光粉612 nm 发射强度随Si4+和Lu3+摩尔分数变化的关系图,从图中可以看出,最佳的Si4+和Lu3+掺杂摩尔分数分别为3.2%和0.3%。

图6 不同离子掺杂荧光粉的激发(a)和发射(b,c)光谱,以及336 nm和370 nm激发下612 nm的发射峰强度与Si4+ (d)、 Lu3+摩尔分数(e)的关系。

Fig.6 Excitation (a) and emission (b, c) spectra of samples doped with different ions. Dependence of emission intensity (λem=612 nm, λex=336, 370 nm) on Si4+ (d) and Lu3+ (e) mole fraction.

由上述实验得出,亚硝酸盐替代效果最好的发色剂为红曲红,最优的发色剂复配组合为红曲红与蛋黄粉以1∶2复配,因此选取最优的这2组替代品,添加量均为0.008%,进行光稳定性实验。由图6可知,将肉脯暴露在光照条件下11天,红曲红组的肉脯红度值远高于其他组,说明红曲红的发色性及光稳定性均优于其他组。红曲红与蛋黄粉复配组的红度值在4天之前高于亚硝酸盐,但在6天之后的红度值则低于或接近亚硝酸盐,因此,红曲红与蛋黄粉以1∶2复配的稳定性低于亚硝酸盐。

I(t)=A1exp(-t/τ1) + A2exp(-t/τ2), (4)

(5)

其中k为波尔兹曼常数1.38×10-23 J/K,ω为热释峰的半峰宽,Tm为热释峰最大值对应的温度,ETm 的单位分别为eV和K。荧光粉CZT-P、CZT-PS3.2%和CZT-PS3.2%L0.3%的陷阱深度分别为0.621,0.664,0.640 eV,依据Sakai的研究[34],0.6~0.7 eV对于长余辉来说是合适的陷阱深度。虽然3种荧光粉的陷阱深度处在比较合适的位置,但是CZT-PS3.2%L0.3%的余辉寿命是最短的,结合之前的EPR谱可知,添加Lu3+的荧光粉CZT-PS3.2%L0.3%具有稍高的Pr4+浓度,意味着发光中心Pr3+相对较少,因而影响了荧光粉的寿命[14]

从表3可以看出,荧光粉CT-P的平均寿命只有81.36 ms,引入Zn和β-Si3N4后的荧光粉余辉时间和平均寿命都达到最佳,其中荧光粉CZT-PS3.2%在370 nm激发时的余辉寿命达250.41 ms。Lu3+的添加虽增加了发射强度,但余辉时间和平均寿命均减小。

图7 不同离子掺杂荧光粉的衰减曲线

Fig.7 Decay curves of sample doped with different ions

表3 样品荧光寿命的比较

Tab.3 Comparison of phosphorescence lifetimes of phosphors

Sampleλex/nmλem/nmA1τ1/msA2τ2/msT/msR2CT-P3366122.4011.031.4095.3181.360.991CZT-P33661217.6427.4410.53251.40216.780.9963706125.6542.296.96262.97237.480.996CZT-PS3.2%33661223.1928.6913.28254.30217.170.9963706128.3055.099.40283.94250.410.997CZT-PS3.2%L0.3%33661219.6318.418.61166.91137.070.99637061211.0130.778.35168.54141.820.998

3.7 样品的热释光谱

相含量增加,而Ca2Zn4Ti16O38及CaTiO3相含量则略有减少。

(6)

其中I为发光强度,A1A2是常数,t是时间,τ1τ2是指数函数衰减时间。

从公式看出所以在气体质量流量Gg和雾化气流流速Vg中,提高雾化气流流速Vg对气体动能增加效果明显。从能量守恒定律可推出,气体的动能增加,相应转化为增大总表面积的表面能。但是这种能量交换过程效率极低,不到1%。

图8 不同离子掺杂荧光粉的热释光谱曲线

Fig.8 Thermoluminescence glow curves of phosphors doped with different ions

表4 荧光粉热释光谱曲线的最大峰值和陷阱深度

Tab.4 Peak maxima and trap depth of phosphors

Sample Tm/℃ET/eVCZT-P69.50.621CZT-PS3.2%69.530.664CZT-PS3.2%L0.3%74.50.640

3.8 余辉机理探讨

固相法合成的荧光粉是在空气中,即富氧条件下进行煅烧,因此Pr3+可以氧化为Pr4+,而Ti4+则得电子形成Ti3+。文献[14]尝试用近边X射线吸收精细谱来研究Pr的价态,结果发现原料Pr6O11中含有约36.5%的Pr3+,经高温反应后增加到56.5%,后续再通过高温NH3处理或是共掺Nb5+,均可以使Pr4+的含量少于13%,从而增加发光强度。对比发现,实验中合成的荧光粉CT-P为浅褐色,其余的为灰白色,说明合成的样品中Pr4+处在较低浓度范围。在荧光粉CZT-P中,Pr3+/Pr4+取代Ca2+形成为了补偿这些额外的正电荷,产生了阳离子空位如负电荷中心,这些空位都可能成为 1D2跃迁的非辐射猝灭中心。Si—N的引入使荧光粉CZT-PS3.2%缺陷能级增大,陷阱浓度增加,因而导致更长的余辉寿命,同时N取代O产生的负电荷可以减少阳离子形成的空位,即减小非辐射中心;另一方面Si—N取代Ti—O使得晶格刚性增强,热振动导致的非辐射跃迁减少[23],非辐射跃迁减少意味着传递效率的提高,因而使发射强度获得了较明显的提升。由EPR数据可知,荧光粉CZT-PS3.2%L0.3%中Pr4+含量略高,使得发光中心Pr3+减小,因此体现在余辉寿命减小,但是Lu3+进入Ca0.8Zn0.2TiO3晶格,取代Ca2+或Ti4+位,减少了与Ca2+/Zn2+相关的点缺陷,抑制非辐射中心的数量,从而导致红色荧光的强度增大[12]。当Lu2O3的摩尔分数超过0.3%时,荧光粉强度趋于饱和,这说明Lu2O3在Ca0.8Zn0.2TiO3基质中的溶解度非常有限。

图9为荧光粉CZT-P、CZT-PS3.2%、CZT-PS3.2%L0.3%中能量传递机理的示意图。结合激发、发射光谱、紫外-可见漫反射谱及余辉衰减曲线,可以确定价带与导带之间的能级差为3.62 eV;1D2的能级约为2 eV;IVCT能级约为3.3 eV;4f5d能级约为5 eV;3P0能级约为2.5 eV,低于IVCT的能级;缺陷能级的位置约在导带下方0.6 eV,与IVCT的能量接近,被其捕获的电子可以在获得少量外界能量下跃迁到IVCT,再从IVCT弛豫到 1D2能级,从而实现612 nm的红光发射。这也解释了缺陷能级的增加有利于370 nm激发增强的现象。

图9 荧光粉CT-P、CZT-P、CZT-PS3.2%和CZT-PS3.2%L0.3%中能量传递机理示意图。

Fig.9 Schematic illustration of charge transfer mechanism in phosphors CT-P, CZT-P, CZT-PS3.2% and CZT-PS3.2%L0.3%.

3.9 荧光粉的色坐标

荧光粉的色坐标如表5所示,除荧光粉CT-P外,其他样品的色坐标均为x=0.670,y=0.330,十分接近NTSC(National Television System Committee)定义的理想红光(x=0.67,y=0.33)[6]。由此可见,所合成的荧光粉是一种宽带有效激发、色纯度高、亮度高的红色荧光粉。

表5 荧光粉的色坐标值

Tab.5 Chromaticity coordinates of phosphors

Sampleλex/nmλem/nmxyCT-P3366120.6530.347CZT-P3366120.6700.330CZT-PS3.2%3366120.6700.330CZT-PS3.2%L0.3%3366120.6700.330

4 结 论

通过传统高温固相法制备了Ca0.8Zn0.2TiO3∶0.2%Pr3+,Si4+和Ca0.8Zn0.2TiO3∶0.2%Pr3+,Si4+, Lu3+系列发光粉,研究了其微观结构及光学性质。以β-Si3N4为硅源可以提高Ca0.8Zn0.2TiO3∶0.2%Pr3+的发光强度和余辉性能。EPR结果表明掺Lu3+的样品具有稍高的Pr4+浓度及[Pr4+Ti3+O3]+簇含量,使得该样品虽然有较高的发光强度,但余辉寿命减弱。拉曼光谱证实了荧光粉主要由CaTiO3和Zn2TiO4两相组成,且掺杂后荧光粉对称性有所提高,增加了能量传递,有利于红光发射的增强。荧光粉的色坐标为(0.670,0.330),色纯度高,亮度高,并具有较好长余辉性能。因此,所合成的样品可以应用于楼道内的消防安全指示牌、仪表显示盘、交通路标、公共场所的警示牌以及夜晚的装饰等方面,同时合成的荧光粉能被370 nm紫外芯片有效激发,是一种有希望应用于LED的红色荧光粉。

1.5 统计学方法 通过SPSS 18.0对数据进行分析,计量资料用±s)表示,两组间比较采用独立样本t检验,多组间比较采用单因素方差分析, P<0.05表示差异有统计学意义。

[1] YAMAMOTO H, MATSUZAWA T. Mechanism of long phosphorescence of SrAl2O4∶Eu2+, Dy3+ and CaAl2O4∶Eu2+, Nd3+ [J]. J. Lumin., 1997, 72:287-289.

[2] ZHANG C, DENG C Y. Improved preparation technology of color-tunable long afterglow phosphors [J]. J. Lumin., 2017, 192:310-315.

[3] 崔彩娥, 雷星, 黄平, 等. EDTA络合溶胶-凝胶法制备 Y2O2S∶Eu3+,Mg2+,Ti4+红色长余辉材料 [J]. 发光学报, 2013, 34(4):416-420.

CUI C E, LEI X, HUANG P, et al.. Synthesis of red long lasting phosphors Y2O2S∶Eu3+, Mg2+, Ti4+ by EDTA complexing sol-gel method [J]. Chin. J. Lumin., 2013, 34(4):416-420. (in Chinese)

[4] 王磊, 董杰, 黄平, 等. 碱土金属离子对红色长余辉材料Y2O2S∶Eu3+, M2+(M=Mg,Ca,Sr,Ba),Ti4+纳米阵列发光性能的影响 [J]. 发光学报, 2014, 35(5):553-557.

WANG L, DONG J, HUANG P, et al.. Influence of alkaline-earth metal ions on the luminescence properties of Y2O2S∶Eu3+, M2+ (M=Mg, Ca, Sr, Ba), Ti4+ nanotube arrays [J]. Chin. J. Lumin., 2014, 35(5):553-557. (in Chinese)

[5] KOJIMA Y, TAKAHASHI A, UMEGAKI T. Synthesis of orange-red-emitting Eu2+, Pr3+ codoped SrS long afterglow phosphor [J]. J. Lumin., 2014, 146(1):42-45.

[6] DIALLO P T, BOUTINAUD P, MAHIOU R, et al.. Red luminescence Pr3+ -doped calcium titanates [J]. Phys. Stat. Sol.(a), 1997, 160:255-263.

[7] VIDYADHARAN V, MOHAN R, JOSEPH C, et al.. Luminescent characteristic of UV excited Sr0.5Ca0.5TiO3∶Pr3+ reddish-orange phosphor [J]. Mater. Chem. Phys., 2016, 170(1):38-43.

[8] SUN H Q, ZHANG Q W, WANG X H, et al.. Strong red emission in Pr3+-doped (K0.5Na0.5)NbO3-CaTiO3 diphase ceramics [J]. J. Am. Ceram. Soc., 2014, 98(2):601-606.

[9] TANG J, YU X, YANG L, et al.. Preparation and Al3+ enhanced photoluminescence properties of CaTiO3∶Pr3+ [J]. Mater. Lett., 2006, 60(3):326-329.

[10] NOTO L L, PITALE S S, GUSOWKI M A, et al.. Afterglow enhancement with In3+ codoping in CaTiO3∶Pr3+ red phosphor [J]. Powder Tech., 2013, 237:141-146.

[11] MAR B, SINGH K C, CEMBRERO-COCA P, et al.. Red emitting MTiO3(M=Ca or Sr) phosphors doped with Eu3+ or Pr3+ with some cations as co-dopants [J]. Displays, 2013, 34:346-351.

[12] ZHANG X, ZHANG J, ZHANG X, et al.. Enhancement of the red emission in CaTiO3∶Pr3+ by addition of rare earth oxides [J]. Chem. Phys. Lett., 2007, 434:237-240.

[13] ZHANG J C, WANG X, YAO X. Enhancement of luminescence and afterglow in CaTiO3∶Pr3+ by Zr substitution for Ti [J]. J. Alloys Compd., 2010, 498(2):152-156.

[14] HOLLIDAY K S, KOHLGRUBER T A, TRAN I C, et al.. Increased fluroescence intensity in CaTiO3∶Pr3+ phosphor due to NH3 treatment and Nb co-doping [J].Opt. Mater., 2016, 60:359-365.

[15] YANG P, TAI B, WU W, et al.. Tailoring lanthanide doping in perovskite CaTiO3 for luminescence applications [J]. Phys. Chem. Chem. Phys., 2017, 19(24):16189-16197.

[16] ROYCE M R, MATSUDA S, TAMAKI H, et al.. Red emitting long decay phosphors: US, 5650094 [P]. 1997-07-22.

[17] LIAN S X, ZUO C G, YIN D L, et al.. Preparation and characterization of red luminescent Ca0.8Zn0.2TiO3∶Pr3+, Na+ nanophosphor [J]. J. Chin. Rare Earth Soc., 2006, 24(2):158-162.

[18] YU L P, XIA M, CHEN X, et al.. Improvement of luminescence properties of Ca0.8Zn0.2TiO3∶Pr3+ prepared by hydrothermal method [J]. J. Mater. Res., 2013, 28(18):2590-2597.

[19] ZHANG X, ZHANG J, REN X, et al.. The dependence of persistent phosphorescence on annealing temperatures in CaTiO3∶Pr3+ nanoparticles prepared by a coprecipitation technique [J]. J. Sol. State Chem., 2008, 181(3):393-398.

[20] DONG G P, XIAO X D, ZHANG L L, et al.. Preparation and optical properties of red, green and blue afterglow electrospun nanofibers [J]. J. Mater. Chem., 2011, 21(7):2194.

[21] CABELLO G, LILLO L, CARO C, et al.. Synthesis, characterization and optical properties of ATiO3-Pr thin films prepared by a photochemical method (where A= Ba and Ca) [J]. Mater. Res. Bull., 2015, 70:32-39.

[22] CHEN R, CHEN D H. Enhanced luminescence properties of CaTiO3∶Pr3+ phosphor with addition of SiO2 by solid-state reaction [J]. Spectrochim. Acta Part A: Mol. Biomol. Spectrosc., 2014, 127:256-260.

[23] 邾强强, 杨力勋, 季巍巍, 等. Si-N共掺对CaAl2O4∶Eu2+和CaAl2O4∶Eu2+,Sm3+荧光粉荧光和余辉性能的优化 [J]. 中国稀土学报, 2013, 31(1):44-48.

ZHU Q Q, YANG L X, JI W W, et al.. Optimization on photoluminescence and afterglow performance of CaAl2O4∶Eu2+ and CaAl2O4∶Eu2+, Sm3+ phosphors with Si-N Co-doping [J]. J. Chin. Rare Earth Soc., 2013, 31(1):44-48. (in Chinese)

[24] ABRAGAM A, BLEANEY B. Electron Paramagnetic Resonance of Transition Ions [M]. London: Oxford University Press, 1970.

[25] BOUTINAUD P, PINEL E, DUBOIS A P, et al.. UV-to-red relaxation pathways in CaTiO3∶Pr3+ [J]. J. Lumin., 2005, 111(1-2):69-80.

[26] RIBEIRO G K, VICENTE F S, BERNARDI M I B, et al.. Short-range structure and photoluminescent properties of the CaTiO3∶Pr, La phosphor [J]. J. Alloys Compd., 2016, 688:497-503.

[27] GONÇALVES R F, LIMA A R F, GODINHO M J, et al.. Synthesis of Pr3+-doped CaTiO3 using polymeric precursor and microwave-assisted hydrothermal methods: a comparative study [J]. Ceram. Inter., 2015, 41:12841-12848.

[28] OLIVEIRA L H, SAVIOLI J, MOURA A P, et al.. Investigation of structural and optical properties of CaTiO3 powders doped with Mg2+ and Eu3+ ions [J]. J. Alloys Compd., 2015, 647:265-275.

[29] ZHENG H, BAGSHAW H, DE GYÖRGYFALVA G D C C, et al.. Raman spectroscopy and microwave properties of CaTiO3-based ceramics [J]. J. Appl. Phys., 2003, 94(5):2948-2956.

[30] WANG Z W, SAXENA S K, ZHA C S. In situ X-ray diffraction and Raman spectroscopy of pressure-induced phase transformation in spinel Zn2TiO4[J]. Phys. Rev., 2002, 66:024103.

[31] WANG Z W, LAZOR P, SAXENA S K, et al.. High-pressure raman spectroscopyic study of spinel (ZnCr2O4) [J]. J. Solid State Chem., 2002, 165:165-170.

[32] ZHAO X K, FENDLER J H. Size quantization in semiconductor particulate films [J]. J. Phys. Chem., 1991, 95(9):3716-3723.

[33] DEN EECKHOUT K V, SMET P F, POLEMAN D. Persistent luminescence in Eu2+-doped compounds: a review [J]. Materials, 2010, 3:2536-2566.

[34] SAKAI R, KATSUMATA T, KOMURO S, et al.. Effect of composition on the phosphorescence from BaAl2O4∶Eu2+, Dy3+ crystals [J]. J. Lumin., 1999, 85:149-154.

李金银,彭志雄,余丽萍,张吉林,周文理,邱忠贤,李承志,廉世勋
《发光学报》 2018年第05期
《发光学报》2018年第05期文献
100%安全可靠
7X18小时在线支持
支付宝特邀商家
不成功全额退款