+、Na+)對CaTiO3:Eu3+的熒光性能影響"/>
摘 要:采用靜電紡絲法合成Li+,Na+作為電荷補償劑的CaTiO3:Eu3+納米纖維,采用X射線衍射儀、熒光光譜儀對材料的物相和發(fā)光性能進行了表征。樣品的激發(fā)光譜由370~420nm的光譜組成,其中398nm的激發(fā)強度最大。發(fā)射光譜主要由位于617nm處的主峰(來源于5Do-7F2能級間的躍遷發(fā)射)及在589nm、652nm處的發(fā)光峰(分別來源于5Do-7F1、5Do-7F3能級間的躍遷發(fā)射)構(gòu)成。摻入Li+、Na+可以有效提高CaTiO3:Eu3+納米纖維的發(fā)光強度。
關(guān)鍵詞:鈦酸鹽;靜電紡絲法;熒光;電荷補償劑
作為新一代綠色照明光源的白光發(fā)光二極管(wLED)已經(jīng)引起人們的廣泛關(guān)注[1,2]。目前,實現(xiàn)白光LED的常用方法為:采用藍色GaN芯片與黃色熒光粉(YAG:Ce3+)或(紅色和綠色熒光粉)組合,或者將近紫外LED芯片與紅、綠、藍色三基色熒光粉組合產(chǎn)生白光。然而,這兩種方法存在的主要問題是發(fā)光效率和顯色指數(shù)不高[3,4]。因此,對于高效紅色熒光粉的研究成為目前的熱點。
現(xiàn)在研究較多的紅色熒光粉主要有硫化物、氮化物、鉬酸鹽等體系,但由于其性能不穩(wěn)定,制備較為困難,限制了其在實際中的應用。而鈦酸鹽體系由于具有良好的化學和熱穩(wěn)定性粉逐漸受到廣泛的關(guān)注[5-11]。同時,鈦酸鹽基質(zhì)中的陰離子團具有一定的敏化作用,能高效吸收激發(fā)能并將能量傳遞給稀土離子,從而產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象[5]。另外,大自然中的鈦資源比較豐富,這些都為鈦酸鹽發(fā)光材料的研究和發(fā)展提供了有利條件。
通過添加敏化劑[12]、激活劑[13]可提高材料的發(fā)光性能,另外一種常用的方式就是添加電荷補償劑[14]。目前研究者采用的電荷補償劑通常是一些堿金屬離子。文章通過靜電紡絲與溶膠凝膠法相結(jié)合制備了Li+,Na+作為電荷補償劑的CaTiO3:Eu3+發(fā)光材料,并對樣品的結(jié)構(gòu)及熒光性能進行了分析。
1 實驗部分
1.1 樣品的制備
將聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶解在無水乙醇中,磁力攪拌幾小時,制備高分子溶液。將鈦酸四丁酯溶液緩慢滴加到無水乙醇中,并不斷磁力攪拌;將鈦酸四丁酯/無水乙醇溶液緩慢滴加到高分子溶液中,繼續(xù)攪拌;按化學計量稱取硝酸鈣粉末,將其溶于冰醋酸溶液中,并不斷攪拌;將氧化銪粉末溶于熱硝酸中,并不斷攪拌除去多余的硝酸得到硝酸銪溶液。接下來,在室溫下將硝酸銪溶液緩慢滴加到PVP/鈦酸四丁酯/無水乙醇溶液中,不斷磁力攪拌,得到混合均勻的溶液,并靜置排除氣泡制得均勻的前驅(qū)體溶液。
為了配制添加不同電荷補償劑的前驅(qū)體溶液,稱量不同質(zhì)量的堿金屬鹽(LiCl、NaCl),配成溶液后,將其溶液加入上述前驅(qū)體溶液中,得到堿金屬離子(Li+,Na+)與Eu3+共摻雜的CaTiO3前驅(qū)體溶液。
將干凈的鋁箔置于接收板上,將銅線電極連接連有高壓電源的注射器,注射器中放入一定量的前驅(qū)體溶液,將高壓靜電加在銅線電極上,施加31kV的電壓;接收板接地,在注射器噴頭與接收板間形成了電場。帶電前驅(qū)體溶液從噴頭處噴出后,在高壓電場的作用下落向接收板,形成噴絲,隨后,溶劑揮發(fā),在接收板上得到縱橫交錯的超細復合纖維無紡布。等前驅(qū)體溶液全部紡完之后,關(guān)閉電源,將鋁箔取下,用鑷子小心地從鋁箔上取下纖維布,平鋪在坩堝中,迅速放入干燥箱中常溫干燥幾小時后,放入高溫爐煅燒。
1.2 樣品的表征
樣品的結(jié)構(gòu)采用X-射線衍射儀(日本理學株式會社,Rigaku D/MAX-RB型)進行表征,掃描角度為10°~90°。樣品的激發(fā)光譜和發(fā)射光譜采用熒光分光光度計(日本Shimadzu公,RF-5301)進行測試。
2 結(jié)果與討論
2.1 XRD分析
圖1展示了CaTiO3:0.07Eu3+:0.05X+(X=Li,Na)熒光粉基質(zhì)采用靜電紡絲法在不同種類電荷補償劑(相同摻雜濃度)的熒光粉體的X射線衍射圖譜。由圖可知,它們的衍射峰的位置基本相同,偏移角度小。Li+,Na+的摻雜并未改變基質(zhì)的結(jié)構(gòu)。
2.2 熒光性能分析
圖2為CaTiO3:Eu3+熒光體的激發(fā)光譜,光譜顯示這種熒光粉可以被370-420nm的光源有效激發(fā),398nm處有最強的激發(fā)強度,激發(fā)對應7F0→5L6電子躍遷。
在CaTiO3:Eu3+材料中,Eu3+離子取代基質(zhì)中的Ca2+離子。但是,由于電荷價態(tài)不匹配可能會對合成材料的發(fā)光性能產(chǎn)生影響。因此,引入Li+、Na+為電荷補償劑來使電荷匹配。
圖3為摻雜電荷補償劑(Li+、Na+)后樣品的發(fā)射光譜圖(燒結(jié)溫度為900℃,7%Eu3+,5%X+(X=Li,Na)。由圖中可以看出,激發(fā)波長為398nm時,發(fā)射光譜非常相似,屬于Eu3+的發(fā)光峰基本都已形成,位于617nm處的主峰來源于5Do-7F2能級間的躍遷發(fā)射,在589nm、652nm處的發(fā)光峰分別來源于5Do-7F1、5Do-7F3能級間的躍遷發(fā)射。體系中添加電荷補償劑并未影響發(fā)射光譜的形狀和位置,說明電荷補償劑的加入沒有改變Eu3+所處的非反演對稱位置,光譜發(fā)射仍以電偶極躍遷為主。同時,所有摻雜金屬陽離子的樣品其發(fā)光強度相比未摻雜的熒光體均有不同程度的提高,這主要是由于電荷補償劑進入基質(zhì)晶格后,晶格產(chǎn)生了畸變,從而使Eu3+的躍遷發(fā)射幾率提高,因而材料的發(fā)射光譜強度得到提高。隨著摻雜電荷補償劑種類的不同,按Li+、Na+的順序,主峰的發(fā)光強度逐漸增強。上述結(jié)果表明相同摻雜濃度下不同種類電荷補償劑影響發(fā)光強度。
3 結(jié)束語
采用靜電紡絲法結(jié)合溶膠凝膠法合成了CaTiO3:Eu3+納米纖維,研究了兩種電荷補償劑Li+、Na+對其物相、發(fā)光性能的影響。研究發(fā)現(xiàn),摻入Li+、Na+可以提高材料的發(fā)光強度,熒光粉在紫外光激發(fā)下可以發(fā)出明亮的紅光。
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作者簡介:付春陽,哈爾濱理工大學材料科學與工程學院本科生。
*通訊作者:李芹(1980-),女,博士,副教授,主要從事光電功能材料的研究與應用。