Sm3+离子激活的NaGd（MoO4）2荧光粉的制备与发光性能

肖进　张思远　蒋磊　董天成　张林　彭嘉彬　薛海通　王亚杰　刘源

摘 要：本文采用高温固相法制备了Sm3+离子激活的NaGd（MoO4）2荧光粉，对样品的相结构、微观形貌及荧光光谱等特性进行测试和表征。样品的相结构分析表明，样品具有良好四方相结构，无杂相生成。荧光光谱表明，Sm3+离子激活的NaGd（MoO4）2粉体能被波长为405nm的光有效激发，表明制备的粉体能很好地与近紫外LED芯片匹配，在405nm近紫外光的照射下，主要的发射峰位于564、605、646nm处，其中位于646nm处的发射峰相对强度最大，归属于Sm3+离子的4G5/2→6H9/2跃迁。

关键词：固相法;Sm3+;荧光粉

中图分类号：TQ422文献标识码：A文章编号：1003-5168（2018）31-0112-03

Synthesis and Luminescence Properties of Sm3+

Doped NaGd （MoO4）2 Phosphor

XIAO Jin ZHANG Siyuan JIANG Lei DONG Tiancheng ZHANG Lin PENG Jiabin XUE Haitong WANG Yajie LIU Yuan

（College of Electrical and Optoelectronic Engineering， Changzhou Institute of Technology，Changzhou Jiangsu 213002）

Abstract： Sm3+-doped NaGd（MoO4）2 phosphor powders was prepared by solid-state reaction method. The phase structure， morphology and optical properties of the material were was characterized by X-ray diffraction （XRD）， scanning electron microscopy （SEM） and photoluminescence （PL） . XRD revealed that a single phase of NaGd（MoO4）2， with an tetragonal structure， was formed without any formation of other substance. The phosphors could be effectively excited by the light with wavelengh of 405nm， matching well with the light-emitting wavelength of a near-UV-emitting LED chip. The main emission peaks of 564，605，646nm were observed under the excitation of 405 nm， the strongest emission was located at 646 nm which originated from the transion 4G5/2→6H9/2 of Sm3+.

Keywords： solid state reaction method; Sm3+;phosphors

1 研究背景

近年來，白色发光二极管（LED）因具有光效高、节能环保、可靠性好、使用寿命长等优点，在照明和显示领域发展迅速[1]。目前，白色发光二极管LED发光的主要实现形式有以下两种：一是用蓝光芯片激发黄色荧光粉，这种形式产生的白光缺少红色及橙色成分，显色指数较低，色温也相差较大;二是用近紫外芯片激发红绿蓝三色荧光粉[2]。目前，商业化的红色荧光粉在发光效率及化学稳定性方面仍面临一定的挑战。因此，开发可被蓝光或近紫外光激发的高性能橙色或红色荧光粉材料对LED更好地实现暖白光具有重要的意义。

稀土离子是常用的荧光粉激活剂，其中Eu3+的615nm红色荧光的单色性，量子效率高，是研究较多的红色荧光粉激活剂[3]。Sm3+离子也是发光材料中比较重要的一种稀土离子，通常在350～450nm区具有较强的吸收，在橙黄色及红色波段也具有良好的发射，可满足LED荧光粉的要求[4]，制备出Sm3+离子掺杂的橙黄色及红色荧光粉在发光材料领域具有非常良好的应用前景。考虑到碱金属稀土钼酸盐体系具有稳定的物理化学性质[5，6]，制备温度较铝酸盐及硅酸盐低，制备时也无需气氛保护，以其为无机发光基质材料具有发光亮度高的优点，本文采用高温固相法制备了Sm3+掺杂的NaGd（MoO4）2粉体，对其相结构、微观形貌及发光特性进行研究。

2 试验部分

2.1 样品制备

按照NaGd0.95Sm0.05（MoO4）2化学计量比称取适量的Na2CO3、MoO3、Gd2O3和Sm2O3粉体，在玛瑙研钵中充分研磨均匀后，放入刚玉舟内，置入高温炉中，于1 050℃下煅烧4h，待样品冷却后，取出样品再次研磨，获得Sm3+掺杂的NaGd（MoO4）2粉体。

2.2 性能表征

采用日本理学电机公司的ULTIMA IV X射线衍射仪对样品的X射线衍射图谱进行测试;采用德国蔡司的∑IGMA场发射扫描电镜对样品的微观形貌进行观察，采用天津港东F320荧光分光光度计测试样品的激发光谱和发射光谱，所有测试均在室温下进行。

3 结果与讨论

3.1 NaGd0.95Sm0.05（MoO4）2粉体的相结构分析

图1是在1 050oC煅烧4h的NaGd0.95Sm0.05（MoO4）2粉体的XRD图谱，经与标准粉末衍射卡片PDF#25-0828进行对比分析，掺杂5%摩尔浓度的NaGd0.95Sm0.05（MoO4）2样品的衍射峰与标准图谱峰型完全一致，峰位也并未出现明显的偏移现象，样品仍然保持四方结构的纯相结构。可见，Sm3+离子成功掺入NaGd（MoO4）2基质中，并没有破坏该基质的晶体构型。这是因为Gd3+离子半径为108nm，而作为激活剂的稀土离子Sm3+半径为110nm，二者半径大小十分接近，Sm3离子很容易取代Gd3+的晶体格位，并且5%摩尔浓度的含量也不足以对样品的晶体结构造成大的影响。

3.2 NaGd0.95Sm0.05（MoO4）2粉体的形貌分析

图2为5mol % Sm3+掺杂的NaGd（MoO4）2样品的扫描电镜图。由于样品的导电性不好，图片中出现了部分高亮区域，但仍可从电镜照片看出，样品由一些不规则的颗粒组成，大小相对均匀，颗粒大小约为2～3[μm]，有部分团聚现象，表面较为粗糙，这可能是由高温固相法工艺自身造成的，可通过改变制备方法和工艺进一步优化粉体的形貌及粒径。

3.3 NaGd0.95Sm0.05（MoO4）2粉体的激发与发射光谱

图3是NaGd0.95Sm0.05（MoO4）2粉体在监控波长646nm测试下的激发光谱。激发光谱显示近紫外光区域和蓝光区域都出现了一系列Sm3+的特征吸收。其中，最强峰位于405nm附近，归属于Sm3+离子的6H5/2→6K13/2跃迁，可匹配近紫外光LED芯片的发射;其次是467nm（6H5/2→4I13/2）的吸收峰，可匹配蓝光LED芯片的发射。由波长405nm激发下的发射光谱发现该荧光粉有三个明显的发射峰，对应波长依次是564、605nm和646nm，对应Sm3+离子的ff能级跃迁。564nm的发射峰归属于Sm3+的4G5/2→6H5/2跃迁;605nm的发射峰归属于4G5/2→6H7/2跃迁，发射出红光;646nm的发射峰归属于4G5/2→6H9/2跃迁，发射出深红色的光。605nm及646nm的发射峰强度最大，646nm的发射稍强于605nm的发射。其中，564nm的发射（4G5/2→6H5/2）主要由磁偶极跃迁决定，605nm及646nm的发射主要由电偶极跃迁决定。从各发射峰的相对强度可以看出，Sm3+离子在NaGd（MoO4）2晶格中处于非对称反演中心位置，因为电偶极跃迁受晶体场的影响较大，占据非对称反演中心的位置才能使电偶极跃迁占据主导。通过CIE1931色坐标软件计算出的样品的色坐标值为（0.57，0.43），属橙红色发光。

4 结论

采用传统的固相法制备了Sm3+掺杂的NaGd（MoO4）2粉体，通过XRD分析可知，经过1 050oC的煅烧，获得了具有良好四方结构的NaGd0.95Sm0.05（MoO4）2粉体，表明5 % 摩尔浓度的Sm3+的掺杂并未对样品的相结构产生明显的影响，可见，Sm3+离子取代了Gd3+离子的位置。样品的激发光谱表明，样品在近紫外至蓝光区域具有很强的吸收，在405nm的光吸收最强。在405nm的激发光下，样品出现了较强的605nm和646nm的发射，经计算在色坐标中处于橙红色区域，因此，Sm3+掺杂的NaGd（MoO4）2粉体是可以作为荧光灯及LED用橙红色荧光粉的一个重要的备选材料。

参考文献：

[1]Wu J，Zhang L，Yue B，et al. Improved Full-color Emission and Switched Luminescence in Single Ca3（PO4）2： Dy3+， Eu3+， Phosphors for White LEDs[J]. Journal of Alloys & Compounds，2016（697）：215-221.

[2]陈彩花，王小军，蒙丽丽，等.稀土离子掺杂LaAlO3∶RE3+（RE=Eu，Tb，Sm，Tm）荧光粉的发光性能[J].发光学报，2018（7）：923-929.

[3]郝晨晖，崔彩娥，黄平，等.SrSnO3：Eu3+红色荧光粉的合成及发光性能的研究[J].人工晶体学报，2017（6）：1009-1014.

[4]海热古·吐逊，吐沙姑·阿不都吾甫，美合日古丽·麦麦提，等.Sm3+掺杂天然钠长石（NaAlSi3O8）荧光粉的发光性质研究[J].人工晶体学报，2017（9）：1697-1702.

[5]吴锦绣，李梅，崔松松，等.SrMoO4∶Sm3+，Na+紅色荧光粉的形貌调控和发光性能[J].无机化学学报，2017（2）：219-226.

[6] Yanan， Ganhong，Zheng，等.Core–Shell Structure and Luminescence of SrMoO4：Eu3+（10%） Phosphors[J].材料科学技术（英文版），2016（12）：1361-1371.