《四棱台状biocl∶0.03eu3+荧光粉的制备及发光性能研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《四棱台状biocl∶0.03eu3+荧光粉的制备及发光性能研究（10页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、四棱台状 BiOCl0.03Eu3+荧光粉的制备及发光性能研究 史永胜 董晨 刘波 陕西科技大学电气与信息工程学院 陕西科技大学材料科学与工程学院 摘 要： 分别采用水解法、水解+煅烧法及水解+水热法合成了 BiOCl0.03Eu 3+荧光粉, 并采用拉曼光谱分析仪、X 射线衍射仪 (XRD) 、扫描电子显微镜 (SEM) 和荧光光谱仪 (PL) , 对所得样品的结构、形貌和发光性能进行表征.对比可知, 水解+水热法合成的 BiOCl0.03Eu 3+荧光粉的发光强度最佳.进一步研究了水热温度对所得荧光粉形貌及发光性能的影响.结果表明, 随温度升高, 样品颗粒形貌由不规则片状逐渐转变为四棱台状
2、.160水热处理所得荧光粉的发光强度最佳, 最强发射峰位于 616nm 处, 色坐标位于 (0.622 5, 0.376 9) , 与标准红光点 (0.67, 0.33) 最为接近, 是一种有潜力的白光 LED 用红色荧光粉.关键词： 水热法; 四棱台状; BiOCl0.03Eu3+; 红色荧光粉; 作者简介：史永胜 (1964-) , 男, 陕西咸阳人, 教授, 博士, 研究方向:光电材料与器件收稿日期：2017-07-18基金：陕西省科技厅工业科技攻关计划项目 (2015GY173) Study on preparation and luminescent properties of sq
3、uare pyramid-like BiOCl0.03Eu3+ phosphorSHI Yong-sheng DONG Chen LIU Bo College of Electrical and Information Engineering, Shaanxi University of Science & Technology; School of Materials Science and Engineering, Shaanxi University of Science & Technology; Abstract： The BiOCl0.03 Eu 3+phosphor was sy
4、nthesized by hydrolysis, hydrolysis&calcination and hydrolysis&hydrothermal method, respectively.The structure, morphology and luminescence properties of the samples were characterized by Raman spectrometer, X-ray diffraction (XRD) , scanning electron microscope (SEM) and fluorescence spectrometer (
5、PL) , respectively.By comparision, hydrolysis&hydrothermal method is optimum for luminescence of BiOCl0.03 Eu 3+phosphor.Thus, the effects of temperature on morphology and luminescence properties have been further investigated.The results showed that with the increasing of temperature, the irregular
6、 flakes gradually transformed into square pyramid.The luminescence intensity is the strongest when the temperature is up to 160, and the main peakislocatedat 616 nm.Inaddition, the color coordinate is located at (0.622 5, 0.376 9) close to the standard red light point (0.67, 0.33) , which is a poten
7、tial red phosphor for white LED.Keyword： hydrothermal method; square pyramid-like BiOCl0.03Eu3+; red phosphor; Received： 2017-07-180 引言稀土发光材料以其优异的发光性能在光学系统、高分辨率显示仪和生物分析仪等诸多领域被广泛的重视, 并有着广阔的应用前景1.发光材料的基质选择主要集中于硅酸盐、钒酸盐、硼酸盐及一些卤氧化物、氧硫化物等体系2.其中, 以卤氧化物作为基质的荧光粉由于其极低的声子能量和较高的化学稳定性而吸引了广泛的关注3.尤其是 BiOCl, BiOCl
8、作为一种宽禁带半导体, 其独特的壳层结构和原子间特有的键合方式提供了一种能够被稀土离子替代的有利环境, 并且其固有的内部电场有利于促进光生电子-空穴对的分离和电荷转移, 而电子-空穴对的分离又促使电荷从基质转移至发光中心的可能性大幅度增加, 进而发光效率会得到提升, 因此 BiOCl 是光致发光的一种有效基质4-6.在所有稀土离子中, 三价 Eu 掺杂 BiOCl 基质荧光粉表现出良好的红光特征发射, 这得益于它有效的近紫外宽带激发能力, 可作为一种有潜力的白光 LED 用红色荧光粉7.目前, 合成荧光粉的常用方法主要包括高温固相法、溶胶-凝胶法、低温燃烧合成法和熔盐法等.传统的制备方法有很多
9、缺点, 比如合成周期长、设备要求高、技术难度大、成本高及安全性差等8-10.与其他方法相比, 水热法具有实验装置简单, 易于操作, 粒度可控, 合成周期短, 制备的粉体结晶性能好、缺陷少、粒径均匀且分散性良好等特点11.本文中, 首先分别采用水解法、水解+煅烧法以及水解+水热法成功合成了BiOCl0.03Eu 荧光粉, 通过对比发现水解后进一步水热处理所得样品发光性能最佳, 因此重点研究了在不同水热温度下, BiOCl0.03Eu 荧光粉的发射光谱和荧光特性, 并通过物相测定、荧光测试等手段探究了所得样品形貌随水热温度的变化以及水热温度对发光性能的影响.1 实验部分1.1 实验试剂及样品制备(
10、1) 实验试剂:Bi 2O3, 分析纯, 国药集团化学试剂有限公司;Eu 2O3, 99.99%, 国药集团化学试剂有限公司;HCl, 分析纯, 天津市福晨化学试剂厂;NH 3H2O, 分析纯, 天津市天力化学试剂有限公司.(2) 样品制备:称取 1.789 3g Bi2O3和 0.041 8g Eu2O3, 将二者混合溶于 100 mL 1.5 M 的稀 HCl 中, 搅拌至其完全溶解, 此时溶液澄清, 然后向溶液中逐滴加入一定浓度的氨水, 产生白色沉淀, 持续滴加直至白色沉淀不再产生为止.搅拌 30min 后用去离子水反复清洗, 再将所得样品置于烘箱中以 60烘干 3h, 即可得到前驱物.
11、再将前驱物转移至带有聚四氟乙烯内衬的水热釜中, 用 HCl 调节pH=6, 水热釜的填充度不超过 60%, 在不同温度 (120、140、160、180) 下分别处理 10h.最后冷却至室温, 用去离子水洗涤 3 次后置于 80烘箱中干燥 2h, 研磨得到粉末状产物 BiOCl0.03Eu.1.2 表征及性能测试(1) 采用美国必达泰克公司的 BWS435-532SY 型拉曼光谱仪对 BiOCl 材料进行拉曼分析, 分辨率为 3cm, 波长 532nm.(2) 采用日本理学公司 D/max-2200pc 型 X 射线粉末衍射仪, 测试荧光粉的结构, 入射光为 Cu K (=1.540 6nm)
12、 , 工作管压 40kV, 扫描范围 1570, 扫描步长 0.02, 扫描速度 4/min.(3) 采用日本日立公司 S-4800 型场发射扫描电子显微镜 (FE-SEM) , 观察样品的形貌和尺寸, 加速电压为 1kV, 二次电子图像的分辨率为 2nm.(4) 采用日立 F-4600 型荧光分光光度计测量固体荧光粉的激发光谱和发射光谱.所有测试均在室温下进行.2 结果与讨论2.1 水解法制备 BiOCl0.03Eu 前驱物的 Ra-man 光谱分析图 1 为水解法制备 BiOCl0.03Eu 前驱物的 Raman 光谱.BiOCl 属于四方晶系, 结构为 PbF-Cl 型, 空间群是 P4
13、/nmm, 每个晶胞含有两个分子单元, A1g、B 1g、E g为拉曼光谱的活性参数.拉曼光谱的化学式可以表示为式 (1) :式 (1) 中:g 为拉曼活性参数;u 为红外活性参数12.从图 1 可以看出, BiOCl 晶体的拉曼光谱包含三个主峰, 均处于较低的波数范围内, 分别对应 148cm、200cm、395cm.众所周知, 拉曼光谱中对称振动的拉曼光谱要强于非对称振动, 因此, 148cm 处出现的峰为 Bi-Cl 键的内部伸缩振动模式 A1g所致, 也可能属于 Bi-Cl 键的外部伸缩振动模式 Eg, 200cm 处出现的峰为 Bi-Cl 键的内部伸缩振动模式 Eg所致.398cm
14、处出现的峰比较弱, 属于 BiOCl晶体中 O 原子的 Eg和 B1g伸缩振动所致, 表明 BiOCl 具有低的声子能量13.BiOCl 晶体的低声子能量有助于减少稀土的多声子无辐射弛豫几率, 能有效提高稀土的发光效率, 是一种理想的稀土发光材料基质.图 1 水解法制备 BiOCl0.03Eu 前驱物的 Raman 光谱 下载原图2.2 不同制备条件下的 BiOCl0.03Eu 物相分析图 2 为不同制备条件下所得样品的 X 射线衍射谱.分别为水解+水热法、水解+煅烧法以及水解法.从图 2 可以明显看出, 在不同反应条件下所得到BiOCl0.03Eu 样品的主要衍射峰已经形成, 其峰值角度与标
15、准卡 JCPDS NO.06-0249 完全吻合, 且没有多余杂质特征峰, 这表明所得产物物相纯度皆比较高.水解法制备得到的产物衍射峰强度关系与标准卡基本一致, 而水解+水热法和水解+煅烧法所得样品在 2 位置为 32.496处的衍射峰强度明显高于其他衍射峰, 这可能与所得四方相晶体中晶面生长取向有关.2.3 不同制备条件下的 BiOCl0.03Eu 发光性能分析图 3 为不同制备条件下的 BiOCl0.03Eu 粉体发射光谱图, 激发波长 ex=395nm.从图 3 可以看出, 发射峰位于 550750nm 范围内, 五个主要峰位于580nm、595nm、616nm、655nm 和 702n
16、m 附近, 分别对应于 Eu 离子的 D0F J (J=0, 1, 2, 3, 4) 跃迁, 其中 616nm 附近的发射峰最强, 对应于 Eu 离子的D0F 2跃迁14.从图 3 还可以明显看出, 通过水解+水热法制备所得样品发光最强, 水解法次之, 水解+煅烧法制得样品发光强度最弱.因此, 主要研究水解+水热法制备 BiOCl0.03Eu 荧光粉的形貌及光学性能在不同水热温度时的变化.图 2 不同制备条件下的 BiOCl0.03Eu 粉体 XRD 衍射谱 下载原图图 3 不同制备条件下的 BiOCl0.03Eu 的 LaP04Eu 粉体发射光谱 下载原图2.4 不同水热温度下的 BiOCl0.03Eu 物相分析图 4 为不同水热温度条件下合成的 BiOCl0.03Eu 荧光粉的 XRD 图谱.从图 4 可以看出, 所有样品的各个衍射峰与 PDF 标准卡片 (JCPDS NO.06-0249) 均
