毛微曦，王 童，李 姝，楊智超，肖玉旋，屈文歡，魏 珍

(河北北方學院 理學院，河北 張家口 075000)

0 引 言

稀土發(fā)光材料由于其優(yōu)異的物理和化學性能，在照明、顯示、顯像和探測等領域具有廣泛應用價值[1-2]。稀土摻雜磷酸鹽是21世紀各類熒光工程的支撐材料，由于其合成溫度低、顆粒細、發(fā)光性能獨特、發(fā)光范圍廣、發(fā)光性能高效穩(wěn)定、安全無毒等優(yōu)點[2-3]，廣泛應用于照明、顯示、顯像、探測和激光等領域[4-5]。

稀土離子的發(fā)光特性，主要取決于稀土離子4f層電子的性質，隨著4f層電子數(shù)的變化，稀土離子表現(xiàn)出不同的電子躍遷形式和豐富的吸收與發(fā)射光譜。在稀土離子中，Sc3+、Y3+、La3+呈現(xiàn)光學惰性，La3+的電子結構穩(wěn)定不易被激發(fā)，同樣呈現(xiàn)光學惰性。因此這幾種稀土離子常用來作為摻雜其他發(fā)光稀土離子的基質材料[6]。從Ce3+到Yb3+的13種元素，它們在4f層電子中的未成對獨立電子容易被激發(fā)由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，從而產生發(fā)光效應[7]，且電子能級豐富，可產生不同顏色的光，因此含有稀土的無機化合物在光學領域得到廣泛的應用。稀土摻雜材料的發(fā)光主要依靠4f層電子在f-d組態(tài)之間、f-f組態(tài)之內的躍遷以及配體向稀土離子電荷躍遷。電子在f-d之間的躍遷通常是電子在4fn-4fn-15d軌道間躍遷，其產生的光壽命較短且發(fā)光帶寬較寬，這類稀土離子有Eu2+、Ce3+和Yb2+等。

過渡金屬離子電子組態(tài)為dn，可以作為發(fā)光材料的激活劑。又由于過渡金屬離子具有非滿殼層結構，從基態(tài)到激發(fā)態(tài)能級之間的能隙相當于1個光子的能量，因此在一定的環(huán)境下，過渡金屬離子被激發(fā)后可以產生發(fā)光現(xiàn)象。但過渡金屬離子的3d電子層裸露在外層，這與稀土離子的電子結構極大不同，因此其發(fā)光光譜也與稀土離子發(fā)射的銳線光譜不同，通常情況下過渡金屬離子發(fā)光光譜是寬帶且其發(fā)光性能受到外界晶體場影響較大[8-9]。

當前階段，關于稀土磷酸鹽的研究很多，在稀土磷酸鹽發(fā)光材料結構的合成與表征及熒光性能研究等各個方面都已經有了很大的進展。但是該材料探索改變發(fā)光材料的發(fā)光效率、發(fā)光的穩(wěn)定性能、發(fā)光色度的可調性及影響機制等的相關應用研究還有待深入。同時，未發(fā)現(xiàn)有過渡金屬離子與鋱共摻雜稀土正磷酸鹽發(fā)光材料的相關報道。因此，課題組合成過渡金屬離子Mn2+與鋱共摻雜稀土正磷酸鹽發(fā)光材料，通過X射線衍射、紅外光譜、熒光光譜和熱重分析等測試方法來篩選一種發(fā)光性能優(yōu)秀的新型共摻雜磷酸鹽發(fā)光材料。

1 實 驗

1.1 儀器與試劑

1.1.1 設備

分析天平FA1204B 鄭州南北儀器設備有限公司

超純水機JYEC-10 北京嘉遠環(huán)?？萍加邢薰?/p>

恒溫加熱磁力攪拌器DF-101S 鄭州生化儀器有限公司

實驗室pH計PHSJ-3F 上海精密儀器儀表有限公司

電熱恒溫鼓風干燥箱DHG-9036A 天津市三水科學儀器有限公司

高速臺式離心機GT16-3 北京時代北利離心機有限公司

X射線衍射儀DX-2500 丹東方圓儀器有限公司

1.1.2 試劑

六水合硝酸鑭[La(NO3)3·6H2O，A.R.,北京百靈威有限公司]

六水合硝酸鋱[Tb(NO3)3·6H2O，A.R.,北京百靈威有限公司]

磷酸二氫銨(NH4H2PO4，A.R.,北京百靈威有限公司)

氫氧化銨(NH3·H2O，A.R.,北京百靈威有限公司)

硝酸(HNO3，A.R.,北京百靈威有限公司)

四水合硝酸錳[Mn(NO3)3·4H2O，A.R.,北京百靈威有限公司]

溴化鉀(KBr，S.P.,國藥化學試劑有限公司)

1.2 實驗步驟

1.3 LaPO42%Tb3+,X%Mn2+樣品的表征

使用DX—2500X型X射線衍射儀(X-ray powder diffractometer,XRD)對LaPO4∶2%Tb3+,X%Mn2+樣品進行物相分析，聯(lián)機采集XRD數(shù)據，測試條件為銅靶，管流電壓40 kV，工作電流30 mA，掃描步寬0.02°，掃描速度0.1 sec/step，掃描2θ范圍為5°～90°；對所檢測的數(shù)據采用MDI Jade 6.5進行分析；采用FL-4600型熒光光譜儀分析樣品的熒光性能，以Xe燈做激發(fā)源室溫測試；以溴化鉀(KBr)作為紅外光譜壓片填充劑，使用FTIR-650紅外光譜儀在4 000～400 cm-1測定配合物的紅外光譜，收集紅外光譜數(shù)據；采用PTC-10ATG-DTA熱重差熱分析儀對樣品進行熱分析，升溫速率為10 ℃/min，氮氣氣氛。

2 實驗結果和討論

2.1 樣品的物相測試

圖1 LaPO4∶2%Tb3+，X% Mn2+(X=0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.8、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0)摻雜量不同的XRD衍射圖

2.2 樣品的熒光光譜分析

圖2 LaPO42%Tb3+,X%Mn2+(X=0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.8、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0)熒光光譜圖

2.3 樣品的紅外光譜分析

圖3 LaPO42%Tb3+(紅線)和LaPO42%Tb3+，3%Mn2+(黑線)樣品的紅外圖譜圖

2.4 樣品的熱重分析

圖4 LaPO42%Tb3+，0.8% Mn2+摻雜的熱重曲線

3 結論與討論