稀土掺杂RE2P4O13(RE=Y,Gd)荧光材料的制备及性能

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采用共沉淀法制备稀土掺杂超磷酸盐荧光材料,并通过X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、热重分析(TG-DSC)、荧光光谱分析(FL)等仪器对所制备样品的物相结构、形貌、热性质及光学性质等进行研究。采用共沉淀方法制备Eu3+掺杂Y2P4O13荧光材料,并对其制备条件如n(Y+Eu)/n(P)比例关系、不同的pH调节剂、煅烧温度、煅烧时间、Eu3+掺杂浓度等对晶体的物相结构及荧光性能进行探究。结果表明,制备条件直接影响其物相结构的形成。当n(Y+Eu)/n(P)为1:2.1、采用碳酸氢氨为pH调节剂、煅烧时间为15 h、煅烧温度为1000℃、Eu3+为10 at%时制备出主晶相为结晶度较好的正交结构Y2P4O13晶体,此外,还存在微量Y(PO3)3杂质相。在Y2P4O13:Eu3+在395 nm光激发下发射出Eu3+的特征发射峰,分别位于593 nm(5D0→7F1),620 nm(5D0→7F2),696 nm(5D0→7F4)波长处,其中以 5D0→7F1跃迁带的发射峰强度最强,发射出强烈的橙红光。其Eu3+的掺杂量大于10 at%时,样品的发射光谱中出现浓度猝灭现象,浓度猝灭机理为电四极-电四极相互作用。采用共沉淀方法制备Eu3+掺杂Gd2P4O13荧光材料,并对其制备工艺条件如n(Gd+Eu)/n(P)比例关系、溶液的pH值、煅烧温度、煅烧时间、Eu3+掺杂浓度等对晶体的物相结构及发光性能进行探究。结果表明,制备条件直接影响物相结构的形成。当n(Gd+Eu)/n(P)为1:2.2、采用氨水调节pH溶液为2、煅烧时间为15 h、煅烧温度为1100℃、Eu3+为5 at%时制备出结晶度较好的纯相Gd2P4O13晶体。在Gd2P4O13:Eu3+的激发光谱图中,观察到254 nm处的O2--Eu3+电荷跃迁带和274 nm,299 nm,307 nm,312 nm波长处出现Gd3+离子8S7/2→6I9/2,6P3/2,6p 5/2,6P7/2跃迁激发峰,其余的尖锐峰属于Eu3+的7F0基态离子向5D4、5L7、5L6、5D2能级的跃迁峰,其中最强激发峰位于274 nm下的Gd3+离子跃迁。在274 nm Gd3+的激发下得到属于Eu3+的特征发射峰,证明了 Gd3+对Eu3+存在能量传递过程。采用共沉淀方法制备了系列不同浓度Dy3+、Tb3+、Ce3+、Eu3+掺杂Gd2P4O13荧光材料,并对其物相结构和发光性能进行分析。结果表明,少量的稀土掺杂离子不会改变Gd2P4O13物相结构。在Gd2P4O13:x at%Dy3+(x=0.3-2)晶体的发射光谱中,显示了三处发射跃迁谱带,位于 479 nm、573 nm、664 nm 处,分别属于 4F9/2→6H15/2、6H13/2、6H11/2跃迁发射带,最强发射峰以479 nm(蓝光)、573 nm(黄光)为主;Dy3+掺杂浓度为1 at%时样品的发射峰强度最强,而色坐标(CIE)计算结果证实Gd2P4O13:0.5 at%Dy3+样品可发射出白色光。在Gd2P4O13:x at%Tb3+(x=1-13)晶体中,以274 nm激发光的激发下的发射谱图中,出现了 Tb3+的特征跃迁峰。以位于543 nm(5D4→7F5)波长处的绿光发射为主,其 Tb3+的最佳掺杂浓度为 11 at%。Gd2P4O13:x at%Ce3+(x=0.5-3)晶体中,在303 nm激发光的激发下的发射谱图中,出现了 Ce3+的2D3/2→4F5/2宽峰发射,且随着Ce3+掺杂量的增加,Ce3+的发射中心波长发生红移现象。在Gd2P4O13:3 at%Ce3+,x at%Tb3+晶体中存在由Ce3+到Tb3+之间的能量传递过程。而在Ce3+,Eu3+共掺杂Gd2P4O13样品中没有出现明显的Ce3+和Eu3+间的能量传递过程。在Gd2P4O13:2 at%Eu3+,x at%Tb3+(x=2-11)晶体发射出属于Tb3+和Eu3+的特征峰组成的白色光,且随着Tb3+掺杂浓度的增加,Tb3+与Eu3+的特征发射峰强度均增强。在 Gd2P4O13:3 at%Ce3+,2 at%Eu3+,x at%Tb3+(x=2-10)晶体中观察到属于Ce3+、Tb3+、Eu3+的特征峰,且存在着Ce3+将能量传递给Tb3+,Tb3+将能量传递给Eu3+的过程。采用共沉淀方法制备了系列不同浓度Tb3+、Ce3+、Eu3+掺杂Y2P4O13荧光材料,并对其物相结构和发光性能进行分析。结果表明,少量的稀土掺杂离子不会改变Y2P4O13物相结构。在Y2P4O13:x at%Ce3+(x=1-4)晶体中,当Ce3+掺杂量大于3 at%时发生浓度猝灭现象。Y2P4O13:x at%Tb3+(x=5-14)晶体在 371 nm 光的激发下,在 488 nm、544 nm、588 nm和622 nm波长附近处出现Tb3+的发射峰,其中最强发射峰位于544 nm处的绿色光;在实验范围内,没有出现浓度猝灭现象。在Y2P4O13:2 at%Eu3+,x at%Tb3+(x=2-14)晶体的发射光谱图中观察到属于Tb3+和Eu3+的特征峰;随着Tb3+掺杂浓度的增加,Tb3+和Eu3+的发射峰均增大,且可发射出白色光。在Y2P4O13:3 at%Ce3+,2 at%Eu3+,x at%Tb3+(x=2-10)晶体的发射光谱图中,观察到属于Ce3+、Tb3+、Eu3+的特征峰,其中最强发射峰属于Tb3+的特征绿光发射。
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