Dy3+/Eu3+共掺钒酸钇荧光粉的合成及发光性质研究

杨 洁，陈锐彬，万 霞，铁绍龙

(华南师范大学化学与环境学院，广东广州 510631)

Dy3+/Eu3+共掺钒酸钇荧光粉的合成及发光性质研究

杨 洁，陈锐彬，万 霞*，铁绍龙

(华南师范大学化学与环境学院，广东广州 510631)

高温固相合成法； YVO4:RE3+(RE=Dy,Eu)； 光致荧光； 色坐标

YVO4因其紫外及真空紫外区域吸收截面大，吸收效率高以及稳定性良好[1]被用作发光材料的基质，以稀土作激发离子的钒酸盐发光材料得到了广泛地研究[2].其中，报道最多的是YVO4:Eu3+[3]，因其被作为彩色电视屏、阴极射线管和高压汞灯的红粉成分，具有很高的商业价值.Dy3+作为一种很有应用前途的单发光中心二色荧光材料的激活剂，在可见光区能产生4F9/2→6H15/2(483 nm)的蓝光和4F9/2→6H13/2(574 nm)的黄光发射,当蓝光与黄光的强度比在某一范围时就能产生白光[4].因此，有关Dy3+发光性能的研究得到关注[5].Dy3+掺杂的YVO4:Dy3+荧光粉已有报道[6].如YAN[7]采用共沉淀法得到前驱体，然后在900 ℃灼烧5 h获得了组成为GdPxV1-xO4:Dy3+和LaPxV1-xO4:Dy3+的荧光粉.BAO等人[5]采用柠檬酸溶胶凝胶法获得前驱体，再在800～1 000 ℃灼烧4 h获得YPxV1-xO4:Dy3+荧光粉,其中x不同，荧光粉发射的荧光颜色不同.由于这些荧光样品都是单掺Dy3+离子，获得的白光发射略微偏黄，需要通过多掺稀土离子来改变这种情况.

1 实验部分

1.2样品的性质表征

采用北京普析仪器厂生产的Y-2000型X射线衍射仪分析样品的晶体结构.所用阳极金属为Cu靶,CuKa射线波长0.154 05 nm,阳极电压40 kV,扫描速度为4°/min,扫描范围为10～80°.样品的荧光性能分析在日本Hitachi 公司的F—2500荧光分光光度计上进行.激发光源为100 W的Xe灯，狭缝宽5.0 nm，灯电源电压400 V，扫描速度300 nm/min，扫描波长范围220～800 nm.

2 结果与讨论

2.1样品的物相分析

图1显示，本文合成的样品与JCPDS卡中720861号的YVO4晶体结构完全相同，具有锆石构型，属于四方晶型，空间群为I41/amd[141]，晶胞参数a=7.123，c=6.292.由于RE3+离子的掺杂量较低，各衍射峰的位置均未发生太大的位移，说明RE3+离子的掺杂不会引起YVO4晶体结构的歧变.由图中衍射峰峰强增加可以看出，少量RE3+离子的掺杂，能适当提高样品的晶化程度.

图1 标准YVO4以及4个样品的XRD图Figure 1 XRD patterns of standard YVO4 and four samples

图2中，曲线a和b分别为YVO4的发射谱(ex=320 nm)和激发谱(em=426 nm)；曲线c和d分别为的发射谱(ex=323 nm)和激发谱(em=573 nm).结果显示：YVO4基质的激发和发射峰均为带状，最大发射峰位于425 nm(曲线a)，最大激发峰位于322 nm(曲线b)，Stock位移为103 nm.该带状峰源自于钒酸根基团的电荷迁移跃迁[8]：V5+On-2n→V4+On-2n+1.由曲线c看出，位于573 nm处的黄光发射归属于Dy3+离子的4F9/2→6H13/2跃迁，483 nm处的蓝光发射由Dy3+的4F9/2→6H15/2跃迁产生，而350～450 nm范围的很弱宽峰为基质VO43-的电荷迁移跃迁.曲线d显示：出现在323 nm处的强激发峰属VO43-所有，而Dy3+本身的激发峰却非常弱(见放大图)，分别位于366、390、428、454和474 nm，对应于Dy3+离子4f电子跃迁中的6H15/2→6P5/2、6H15/2→4M21/2、6H15/2→4G11/2、6H15/2→4I15/2和6H15/2→4F9/2能级跃迁.由此可知，激发基质(323 nm波长)时，VO43-把大量的能量传递给了Dy3+,使其发射出483和573 nm的荧光，而自身的发射(425 nm附近)则大大减弱[8].因能量是由具有带状发射峰的离子或基团(如VO43-)传递给具有线状吸收峰的离子(如Dy3+)，光谱重叠程度大，能量传递效率高[9]，导致受体离子的荧光发射呈倍数增强.在样品中，Dy3+在573 nm处的荧光强度是未掺杂时YVO4在425 nm处峰强的14.5倍，具有强烈地倍增效应，该现象普遍存在于以YVO4作为基质的稀土发光材料中[10].

图2 YVO4和样品的激发和发射谱图

图4 不同Dy3+掺杂量的样品的色坐标位置图

Eu3+能成为很好的能量中间传递体，完成能量从VO43-→Eu3+→Dy3+的传递过程，即Eu3+掺杂量在低于0.004 mol区域能敏化Dy3+发光，并在Eu3+等于0.002 mol时出现最大敏化，之后的减弱现象是由Dy3+的浓度猝灭导致.当Eu3+掺杂量超过0.004 mol时，其自身发射占主导，样品同时发射出蓝光(483 nm)、黄光(573 nm)和红光(620 nm).

3 结论

(1)采用简单的高温固相合成法获得的YVO4:Dy3+荧光粉，通过XRD确认具有锆石结构，属于四方晶型，空间群为I41/amd[141].

(2)YVO4基质的激发和发射谱均为宽带，源自于钒酸根基团中V5+On-2n—V4+On-2n+1之间的电荷迁移跃迁.掺杂入RE3+(Dy,Eu)离子后，由于VO43-的发射谱覆盖了RE3+的激发谱，当激发基质时，VO43-可把能量传递给RE3+(Dy,Eu)离子，使Dy3+发射出483 nm(蓝光)和573 nm(黄光)的荧光，使Eu3+在594 nm和620 nm出现特征发射峰.

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Keywords： high temperature solid state reaction method; YVO4:RE3+(RE=Dy,Eu); photoluminescence; CIE chromatic coordinate

【责任编辑 成 文】

SYNTHESISANDLUMINESCENECPROPERTIESOFDy3+/Eu3+CO-DOPEDYVO4PHOSPHORS

YANG Jie, CHEN Ruibin, WAN Xia*, TIE Shaolong

(School of Chemistry and Environment,South China Normal University, Guangzhou 510631, China)

2010-10-13

广州市纳米重大项目(2007Z3-D2041);华南师范大学2009年度大学生创新性实验项目(524002)

*通讯作者:wanxia@scnu.edu.cn

1000-5463(2011)02-0081-06

0614.33

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