Li6(La2Ca)Nb2O12基质中掺杂Dy3+离子的发光性质研究

李红娜， 田莲花

( 延边大学 理学院， 吉林 延吉 133002 )

0 引言

白光LED由于具有环保、节能、高效、体积小、寿命长等诸多优点，被广泛应用在照明和显示领域[1-2].目前，商业白光LED大多是通过将黄光荧光粉YAG:Ce3+与商用蓝光LED芯片组合来实现[3].这种商业白光LED虽可满足信号灯和指示灯等一般照明要求，但由于YAG:Ce3+光谱中的红光成分不足，由其合成的白光具有低显色指数和高色温，即是一种冷白光.

1 实验

1.1 材料与合成

采用高温固相法制备Li6(La2Ca)Nb2O12:Dy3+.以高纯度的Li2CO3、CaCO3、La2O3、Nb2O5和Dy2O3为原料，按化学计量比准确称取并充分研磨后放入刚玉坩埚中，在空气气氛下和1 000 ℃下加热2 h后，将样品冷却至室温并再次研磨粉碎，所得样品用于表征.

1.2 样品表征

采用A D/max 2200VPC型转靶X射线衍射仪分析物相，阳极金属为Cu靶，X射线的波长为1.540 56 Å.采用日立F-7000荧光光谱仪测量激发光谱和发射光谱，以450 W的Xe灯作为激发光源.结构图采用Klaus Brandenburg设计的Diamond 软件制作.所有测量均在室温下进行.

2 结果与讨论

Li6(La2Ca)Nb2O12的晶体结构如图1所示.Li6(La2Ca)Nb2O12属立方体结构，空间群为Ia-3d， 晶格常数为a=12.721 8 Å,V=2 058.95 Å3,Z=8， 富含八面体位点(NbO6)[15].NbO6八面体由共边共顶相连接，形成二维NbO6层，两层间通过短的Nb—O键相连接，每个Nb5+被6个O2-包围；Li+单独存在于基团周围，而Ca2+和La3+的格位被4个NbO6八面体包围，配位数为8[16].当Dy3+掺入Li6(La2Ca)Nb2O12时，由于Dy3+的半径(1.027)和La3+的半径(1.160)相似，且两者都是三价离子，因此Dy3+可以取代La3+的格位.由Li6(La2Ca)Nb2O12的标准衍射图谱(ICSD No.161386)和Li6(La2Ca)Nb2O12:xDy3+(x=5、10、15、20 mol%)的XRD图谱(图2)可以看到，掺入低浓度Dy3+的Li6(La2-xCa)Nb2O12:xDy3+的X射线衍射图谱与Li6(La2Ca)Nb2O12的标准无机晶体结构数据库(ICSD)的卡片(No.161386)相一致，这表明Dy3+已经取代了La3+离子的格位，且对基质晶格没有影响.

图1 Li6(La2Ca)Nb2O12的晶体结构

图2 Li6(La2Ca)Nb2O12:xDy3+(x=5、10、15、20 mol%)和Li6(La2Ca)Nb2O12(ICSD No.161386)的XRD图谱

图3是Li6(La2Ca)Nb2O12:xDy3+(x=1、5、10、20、25 mol%)荧光粉样品的激发(PLE)和发射(PL)光谱.由图3可知:在580 nm波长监测下，Li6(La2Ca)Nb2O12:Dy3+的激发光谱由两部分组成:一是位于200～290 nm的一个宽带，峰值位于269 nm，属于Nb—O、Dy—O的电荷迁移带的叠加；二是位于310～500 nm之间的系列尖锐的吸收峰，这些激发峰的峰值分别位于326、351、366、384、425、453 nm和472 nm，属于Dy3+的f→f跃迁，分别对应6H15/2到4P3/2、6P7/2、6P5/2、4M21/2、4G11/2、4I15/2和4F9/2的跃迁，这表明样品可被近紫外或蓝光LED有效地激发.样品的发射光谱主要有493 nm和580 nm两个主发射峰，分别对应绿光(4F9/2→6H15/2)和黄光(4F9/2→6H13/2)发射，其中黄光的强度高于绿光.

图3 Li6(La2Ca)Nb2O12:xDy3+(x=1、5、10、20、25 mol%)的激发(PLE)和发射(PL)光谱

在269 nm激发下，Li6(La2Ca)Nb2O12:10 mol% Dy3+的CIE色坐标图如图4所示.由图4可知，Li6(La2Ca)Nb2O12:10 mol% Dy3+的CIE色坐标为(0.470 3，0.492 7)，为黄色荧光粉.

图4 Li6(La2Ca)Nb2O12:10 mol% Dy3+的CIE色坐标图

3 结论

通过高温固相法合成了Li6(La2Ca)Nb2O12:Dy3+荧光粉材料.光谱分析显示，激发光谱主要由位于269 nm左右的宽吸收带及位于310～500 nm之间的Dy3+的f→f激发跃迁峰组成，可被近紫外或蓝光LED有效地激发.当激发波长为269 nm时，发射光谱在580 nm处呈现黄光发射，属于Dy3+离子的4F9/2→6H13/2跃迁，样品的色坐标为(0.470 3，0.492 7).本文研究结果表明，Li6(La2Ca)Nb2O12:Dy3+荧光粉在白光LED领域具有潜在的应用价值.