多级结构SrB2O4:Eu3+花状微球的制备及其性能的研究

李锦，陈爱民

（浙江工业大学化学工程学院，浙江杭州310014）

新材料

多级结构SrB2O4:Eu3+花状微球的制备及其性能的研究

李锦，陈爱民

（浙江工业大学化学工程学院，浙江杭州310014）

以稀土元素Eu3+为激活剂，PVP为模板剂，采用微波液相加热法及后续热处理制备了多级结构SrB2O4:Eu3+花状微球发光材料。并采用XRD、SEM、TEM、PL等手段对样品进行表征。花状微球直径约为3μm，并且微球是由厚度约为50 nm的纳米片组装而成的。PL结果表明样品发射高强度的红光，强激发带位于393 nm。主要发射峰位于613 nm对应于Eu3+的5D0→7F2。所得样品有望应用于荧光灯、显示系统和光电设备上。

微波液相加热法；SrB2O4：Eu3+；花状微球；发光材料

0 前言

纳米科学技术是一个备受广泛关注的科学领域。纳米级的尺寸赋予了纳米材料的独特性质，在诸多领域得到广泛的研究与应用[1]。研究表明，由基本纳米单元通过非共价键的作用自组装成具有特殊几何外观的有序纳米结构具有更好的物理和化学性能,因此单一结构纳米粒子自组装而成的微/纳米多级结构纳米材料，既保持了纳米材料的高比表面积，又兼具微米材料的易分离、高回收利用率的特点，在众多领域具有潜在的应用价值[2]。

硼酸锶由于其本身优良的物化性能逐渐引起了研究者的广泛关注[3]。微波法作为一种新的合成纳米材料技术,而微波法作为一种新的合成纳米材料技术,得到广大科研工作者的重视[4]。目前，等离子体显示平板（PDP）被广泛认为是实现平板显示最有力的高新技术之一。PDP中所采用的红色荧光粉为（Y，Gd）BO3：Eu3+，然而其发光中心Eu3+的磁偶极跃迁（5D0→7F1）强于电偶极跃迁（5D0→7F2），发出色纯度较差的橙-红光[5]。本文采用软模板法和微波加热法相结合制备了多级结构SrB2O4：Eu3+花状微球荧光粉，期望得到一种价格低廉、色纯度高，制备工艺简单、高效的红色荧光粉，为制备高效的荧光粉技术提供理论依据。

1 实验部分

将2.0 g PVP（K30）和1.2698 g Sr（NO3）2溶解于装有35 mL去离子水的锥形瓶中，加入Eu（NO3）3（掺杂含量为n（Eu3+）:n（Mg2+）=5%），磁力搅拌30 min后，转入圆底烧瓶中，再加5 mL 0.60 mol/L Na2B4O7·10H2O溶液，将烧瓶放到微波反应器中，设置反应时间为12 min，反应功率为20%，（总功率为650 W），即反应功率为130 W。反应结束后，烧瓶底部出现大量的沉淀。将产物用去离子水及无水乙醇交替各洗三次，80℃烘干得到前驱体，将前驱体研细置于坩埚中，再于650℃条件下煅烧4 h后得到白色粉末样品。

2 结果与讨论

2.1 XRD分析

图1经过650℃煅烧后样品的XRD谱图Fig.1 XRD pattern ofthe sample calcinationsat650℃

图1 是经过650℃煅烧后所得产物的XRD图谱。样品的衍射峰与JCPDS标准衍射卡片（15-0799）的SrB2O4符合得很好。未出现其它可能的杂质相的峰，说明样品纯度很高。稀土离子Eu3+的掺杂并没有引起晶格的改变，表明Eu3+已经进入SrB2O4晶格中。

2.2 SEM分析

图2经过650℃煅烧后样品的SEM照片Fig.2 SEMimagesofthe samplescalcination at650℃

图2 为经过650℃煅烧后样品的SEM照片和TEM照片，其中Eu3+的掺杂含量为5%。由图2所示，样品由直径3μm的微球组成，颗粒较为均匀。微球是由厚度约为50 nm的纳米片组装而成的。样品大多为花状微球，但其中还有少量纳米片和纳米颗粒。其粒径和形貌达到荧光粉涂敷较为理想的标准。

图3 经过650℃煅烧后样品的激发光谱（a）和发射光谱（b）Fig.3 Excitation spectra（a）and emission spectra（b）of the sample after calcinations at 650℃

2.3 PL分析

图3a为经过650℃煅烧后样品的激发波长，监测波长为613 nm，Eu3+掺杂含量为5%。样品一系列锐线峰均来源于Eu3+的f→f电子跃迁吸收，包括位于362 nm的7F0→5D4跃迁，位于377,381 nm的7F0→5L7跃迁，位于393 nm的7F0→5L6跃迁，位于413 nm的7F0→5D3跃迁，位于464 nm的7F0→5D2跃迁，位于525,532 nm的5F0→5D1跃迁[6]，其中393 nm处的激发峰强度最大，强度达到4.7× 106cd，表明样品在使用过程中具有非常高效的输出率。图3b为经过650℃煅烧后所得四种样品的发射光谱，激发波长为393 nm，其中掺杂了摩尔含量为5%的Eu3+。从图中可以看出，发射光谱是由一系列锐利的发射峰组成，它们均为Eu3+的特征跃迁：5D1→7F1（535 nm），5D0→7F0（578 nm），5D0→7F1（591,595 nm），5D0→7F2（613 nm），5D0→7F3（653 nm），5D0→7F4（702 nm）[6]。样品的最强发射峰位于613 nm附近，是由Eu3+的5D0→7F2跃迁引起的，其强度达到2.1×107cd。说明样品具有优异的发光性能。

3 总结

本文以Sr（NO3）2和Na2B4O7·10H2O为原料，稀土元素Eu3+为激活剂，PVP为模板剂，采用微波法及后续热处理制备了多级结构SrB2O4：Eu3+发光材料。结果表明，当煅烧温度为650℃时，前驱体完全转化为花状结构微球，直径约为3μm，并且微球是由厚度约为50 nm的纳米片组装而成的。该材料发射高强度的红光，其最强发射峰位于613 nm附近，是由Eu3+的5D0→7F2跃迁引起的，其最强发射峰强度达到2.1×107cd，是良好的红色荧光粉，有望应用于荧光灯、显示系统和光电设备上。

[1]裘晓辉，白春礼.中国纳米科技研究的进展[J].前沿科学，2007，1（1）:6-10.

[2]Hebbink G A,Stouwdam J W,Reinhoudt D N,et al.Lanthanide（Ⅲ）-doped nanoparticles that emit in the nearinfrared[J].Adv.Mater.,2002,14（16）:1147-1150.

[3]黄宏升.硼酸盐发光材料的研究进展[J].安康学院学报，2011，23（3）:92-94.

[4]麻孝勇，莫羡忠.微波在合成纳米材料中的应用[J].化工技术与开发，2007,36（2）：38-41.

[5]Jiang X C,Yan C H,Sun L D,et al.Hydrothermal homogeneous urea precipitation of hexagonal YBO3:Eu3+nanocrystals with improved luminescent properties[J].Solid State Chem.,2003,175（2）:245-251.

[6]Sun R,Yan W Q,Liu J,et al.Hydrothermal synthesis of red phosphors CaCO3:Eu3+[J].Journal of the Chinese Ceramic Society[J].2010,38（2）:332-337.

《染料与染色》约稿函

院校教师/学生、企事业单位科研工作者：

《染料与染色》（原《染料工业》）是专门报导我国染料行业工业技术的期刊。请各位老师将与新型染料合成和应用相关的文章投往本刊。我刊将对形成系列的研究论文提前预留版面，以便将研究的完整性展现给广大读者。文章范围可涵盖以下领域：行业及分支综述、各类新型染料（包括颜料、pH探针、感光/变色材料等）的合成与应用、染料及染色用相关产品（染料中间体、染色助剂）分析与鉴定、三废处理与综合利用。

投稿信箱：dyeinfo@sinochem.com，2754127136@qq.com

联系电话：024-85869001，13002495121联系人：周鑫

Synthesis and Luminescence Property of Hierarchical Porous SrB2O4:Eu3+

LIJin,CHEN Ai-min
(Zhejiang University of Technology,Hangzhou,Zhejiang 310014,China)

We reporta simple strategy for fabricating hierarchical porous europium-doped strontium borate SrB2O4:Eu3+microspheres.We use poly(vinyl pyrrolidone)(PVP)as the templates under microwave irradiation to prepare the precursors,and after a subsequentheat treatment,we fabricate the products.The products are characterized by XRD,SEM,TEM and photoluminescence spectroscopy.SrB2O4:Eu3+are composed of a large number ofhollow microspheres,with diameter ofabout 3μm,which are in fact built from fibers with thickness of about 50 nm.The SrB2O4:Eu3+microspheres show a strong red emission corresponding to5D0→7F2transition(613 nm)of Eu3+under excitation(393 nm).The fluorescent material is expected to using in display applications fluorescent lamps、display and optical equipment.

microwave irradiation;SrB2O4:Eu3+;flower-like microsphere;fluorescent

1006-4184（2015）1-0035-03

2014-04-08

李锦（1988-），女，研究生在读，E-mail：15868839796@163.com。