CaYAlO4: Tb3+绿色荧光粉的低温燃烧合成及发光性能

王淑雪，邓靖宇，余龙，罗虎，高晓风，朱德生



CaYAlO4: Tb3+绿色荧光粉的低温燃烧合成及发光性能

王淑雪，邓靖宇，余龙，罗虎，高晓风，朱德生

(长江大学 物理与光电工程学院，荆州 434025)

以尿素为燃料，乙二醇为络合剂，采用低温燃烧法合成CaYAlO4: Tb3+绿色发光荧光粉。根据荧光粉的物相组成，确定最佳的合成温度和尿素用量；对荧光粉的形貌与发光效果进行观察与测试，并研究Tb3+掺杂量对荧光粉发光性能的影响。结果表明：尿素与基质物质CaYAlO4的最佳比例(CH4N2O):(Ca)为3:1，最佳合成温度为800 ℃。合成的CaY0.96AlO4: 0.04Tb3+绿色荧光粉为球形颗粒，直径约为15 nm。荧光粉的激发光谱主要由O2−→Y3+和O2−→Tb3+宽带激发带构成，激发峰波长265 nm；发射光谱由位于490，545，586和620 nm的发射尖峰构成，为Tb3+的5D4→7F(=6，5，4，3)跃迁，545 nm跃迁强度最大，荧光粉发绿光。Tb3+的最佳掺杂浓度(摩尔分数)为0.06，浓度猝灭是由交换相互作用引起的。在紫外265 nm激发下，CaY0.96AlO4: 0.06Tb3+荧光粉发射光谱的色坐标为(0.320，0.363)，在CIE1931色度图上位于绿−黄−白光交界处，是一种潜在的LED用单掺杂绿光发光材料。

低温燃烧法；CaYAlO4: Tb3+；荧光粉；激发光谱；发射光谱

CaYAlO4(简称CYA)属于K2NiF4型晶体，为层状钙钛矿结构，Al3+离子占据氧八面体中心，Y3+和Ca2+离子占据氧十二面体中心。K2NiF4型晶体具有良好的热稳定性、化学稳定性和微波介电性能[1]，可用作无机发光材料基质[2−4]，微波介质材料[5]，固体激光器基质材料[6−7]等。CYA的合成一般需要较高的温度和较长的保温时间。其合成方法主要有高温固相法、浮区法、提拉法、溶胶–凝胶法等。高温固相法的烧结温度最低为1 400 ℃，保温时间长达24 h[8]；用浮区法合成CYA:Tm3+时，烧结温度为1 450 ℃，保温20 h[9]；提拉法由于对晶体的生长方向要求较高，所以需要比固相法更高的合成温度，一般高于CYA的熔点(1 810 ℃)[10]；溶胶−凝胶法的烧结温度为1 000 ℃，保温3 h[11]。高的合成温度和长的保温时间要求苛刻的实验条件，同时会产生高能耗、产品结节等弊端，因此，降低合成温度、改善产物形貌、增强发光性能，是荧光粉合成研究的必然发展方向。绿色光和红、蓝色光混合可获得白光，同时，作为单色光，绿色发光在仪器仪表显示及指示，交通指示、广告牌显示等方面有着广泛的用途。对以Tb3+为发光中心，钼酸 盐[12−15]、钨酸盐[15−16]、钛酸盐[17]、磷酸盐[18−21]、铝酸盐[22]、硅酸盐[23−24]等为发光材料基质的荧光粉研究表明，在无机发光材料基质中掺杂Tb3+后，其发射光谱为Tb3+的5D4→7F(=0~6)跃迁谱线，5D4→7F5跃迁最强，为绿色发光。ZHOU等[4]研究了提拉法制备Er3+掺杂CYA的晶体生长和发光性质，结果表明，CYA: Er3+是一种用于人眼安全区域激光操作的有前景的发光材料。PERRELLA等[25]对CYA进行Er3+/Yb3+共掺杂，材料在可见光的绿光区和红光区具有良好的发光性能，Er3+–Yb3+之间存在能量传递，同时在红外1 550 nm处存在优异的发光性能。BARTIC等[26]利用高温固相法合成的CYA: Eu3+荧光粉，在611.5 nm具有良好的红光发光特性。Tb+进入晶格中心后占据Y3+离子位，在电荷迁移带峰值波长激发下，具有良好的绿光发射性质，在CYA中掺杂 Tb+，有望得到具有良好发光性质的绿色发光荧光粉。因此本文作者以尿素为燃料，乙二醇为络合剂，用低温燃烧法合成CYA: Tb+荧光粉。低温燃烧法的燃料通常采用尿素、柠檬酸、氨基乙酸等，尿素和柠檬酸、氨基乙酸在燃烧反应中具有相同的效果，但尿素取材简单、价格低廉，因而被广泛使用。尿素燃烧发出的热量可以提供晶体合成的能量，能有效降低合成温度，减轻颗粒的团聚；络合剂能够作为溶剂对原料进行分散，在合成过程中随温度升高发生膨胀，使合成产品呈网状，减小颗粒粒径。本研究的结果对于LED用绿光发光材料的制备与研究提供实验依据。

1 实验

1.1 CaYAlO4: Tb3+荧光粉的合成

实验所用原料为：Ca(NO3)2∙4H2O(西陇化工股份有限公司，分析纯)，Al(NO3)3·9H2O(天津市科密欧化学试剂有限公司，分析纯)，尿素(CH4N2O，国药集团化学试剂有限公司，分析纯)，乙二醇(C2H6O2，国药集团化学试剂有限公司，分析纯)，质量分数69%的浓硝酸(株洲市星空化玻有限责任公司，分析纯)，氨水(天津市致远化学试剂有限公司，分析纯)，Y2O3和Tb4O7(湖南省稀土研究所，纯度99.99%)。

按照CaY0.96AlO4: 0.04Tb3+的计量比称取适量的原料，将Ca(NO3)2∙4H2O和Al(NO3)3∙9H2O装入烧杯1，Y2O3和Tb4O7装入烧杯2。在烧杯1中按(CH4N2O):(Ca)=3:1的比例加入尿素，按(C2H6O2):(CH4N2O)= 4:1的比例加入乙二醇，再加入适量的去离子水。向烧杯2中缓慢滴入浓硝酸至过量，氧化物完全溶解，转变为相应的硝酸盐，过量浓硝酸用氨水中和，直至溶液pH=4。将烧杯2中的溶液倒入烧杯1，置于电磁搅拌器上搅拌1 h。将搅拌均匀的溶液分为5份，置于不同的刚玉坩埚。取其中1份放入电阻炉，电阻炉温度设置为500 ℃，从室温开始缓慢升温至500℃，保温20 min，然后随炉冷却。其余4份样品依次合成，温度分别设置为600，700，800和900 ℃，保温时间均为20 min。对合成产物进行物相分析，以确定最佳合成温度。

按CaY0.96AlO4: 0.04Tb3+化学计量比称取Ca- (NO3)2∙4H2O，Al(NO3)3∙9H2O，Y2O3和Tb4O7各5份。按(CH4N2O)/(Ca)的值分别为1，2，3，4和5的比例加入尿素，在最佳合成温度下合成CaY0.96AlO4: 0.04 Tb3+荧光粉，荧光粉样品编号分别为1n，2n，3n，4n和5n，对合成产物进行物相分析，确定最佳的尿素添加量。

按CaY1−xAlO4:Tb3+(=0.01~0.07，摩尔分数)的化学计量比称取原料，用在最佳尿素添加量和最佳合成温度下合成荧光粉，对合成产物进行物相分析和发光性能检测，以确定最佳Tb3+掺杂量。

1.2 性能检测

用Cu靶Kα1辐射的DMAX−2500型X射线衍射仪(XRD)对合成的荧光粉进行物相分析，管电压40 kV，管电流250 mA，扫描步长0.02°，扫描速度8 (°)/min，范围10°~80°。通过Tecnai G220 ST型透射电镜观察荧光粉的形貌，最高加速电压200 kV，晶格分辨率0.14 nm，最小束斑尺寸1.5 nm。用日立F-4500型荧光分光光度计测定荧光粉的发光性能，氙灯光源，电压为400 V，狭缝宽度为5 nm，扫描速度为240 nm/min。

2 结果与讨论

2.1 合成温度和尿素添用量

图1所示为在不同温度下合成的CaY0.96AlO4: 0.04Tb3+荧光粉XRD谱。当合成温度为500 ℃时，经过较长时间蒸发水分，溶液膨胀并缓慢燃烧，产物为黑色，由图1可知合成样品的XRD谱较复杂，未见明显产物生成，最强峰与Y2O3(PDF#41-1105)的(222)晶面衍射谱吻合。合成温度为600 ℃时，样品内层为黑色，XRD谱与500 ℃下合成的相同；表面层为白色，其主要特征峰与CYA(即CaYAlO4)(PDF#24-0221)的一致，但背景复杂，包含大量强度较低的第二相衍射峰。合成温度为700 ℃和800 ℃时，样品的XRD谱与CYA的标准衍射谱基本一致，含少量Y2O3，但峰强微弱，表明合成产物基质为CYA，800 ℃时CYA的衍射峰强度更大。合成温度为900 ℃时，样品颗粒增大，出现大量新的第二相。因此认为最佳合成温度为800 ℃。

图1 不同温度下合成CaY0.96AlO4: 0.04Tb3+绿色荧光粉的XRD谱

图2所示为按照(CH4N2O)/(Ca)的值分别为1，2，3，4和5的比例加入尿素，在800 ℃下燃烧合成的CaY0.96AlO4:0.04Tb3+荧光粉XRD谱(所得荧光粉样品编号分别为1n，2n，3n，4n和5n)。由图可见，(CH4N2O)/(Ca)=1时，燃料不足，未生成CYA；(CH4N2O)/(Ca)=2时，产品主相为CYA，但谱线背景复杂，含大量第二相，且第二相的峰强较大；(CH4N2O)/(Ca)=3时，产品的XRD谱与CYA标准谱相吻合，属于最佳的尿素添加量；(CH4N2O)/(Ca) =4时，Y2O3的衍射峰强度开始增大，表明尿素已过量；(CH4N2O)/(Ca)=5时，产物除CYA外，出现大量第二相，且第二相的衍射峰强度很高。

2.2 结构与形貌

图3所示为在(CH4N2O)/(Ca)=3、温度为800 ℃条件下合成的不同Tb3+掺杂量的CaY1−xAlO4:Tb3+(= 0.01~0.07)荧光粉XRD谱。由图可见，所有样品的XRD谱均与CYA的标准谱线较好地吻合，少量的第二相谱线源于Y2O3的(222)晶面衍射。溶液剧烈燃烧过程中，部分原料在高温下挥发，硝酸钇由于相对密度较大，挥发量较小，过量的硝酸钇分解为Y2O3。Tb3+离子进入CYA晶格后，可能占据Ca2+、Al3+和Y3+位，若Tb3+离子进入了CYA晶格后占据Ca2+位，其结果与占据Y3+位一致，因为在CYA晶体中，Y3+和Ca2+离子具有相同的坐标，Y3+和Ca2+离子被随机取代；Tb3+，Al3+和Y3+的离子半径分别为0.092，0.054和0.090 nm，由于Tb3+和Y3+具有相近的离子半径，Tb3+离子进入了CYA晶格后会占据Y3+位。XRD谱中没有出现Tb4O7的衍射峰，表明Tb3+离子进入CYA的晶格中占据 Y3+位。

图2 不同尿素添加量条件下合成的CaY0.96AlO4: 0.04Tb3+的XRD谱

Note: The numbers 1n, 2n, 3n, 4n and 5n indicate that the values of(CH4N2O)/(Ca) are 1, 2, 3, 4 and 5, respectively

图3 CaY1−xAlO4: xTb3+的XRD谱

图4(a)和(b)所示分别为CaY0.94AlO4: 0.06Tb3+的透射电镜图(transmission electron microscopy，TEM)和高分辨透射电镜图(high resolution transmission electron microscopy，HRTEM)。从TEM图看出CaY0.94AlO4: 0.06Tb3+荧光粉为球形颗粒，粒径约为15 nm。尿素和乙二醇在燃烧的过程中释放大量气体，因此样品颗粒疏松，且团聚较轻。纳米级粒径有利于在LED封装时荧光粉在胶水中的溶解；疏松的颗粒能最大限度保持晶体本身结构，从而使粉体的发光强度最佳。HRTEM图中清晰的晶格条纹表明该荧光粉具有良好的结晶性，晶体的(103)晶面间距为0.278 nm。

图4 CaY0.94AlO4: 0.06Tb3+绿色荧光粉的TEM和HRTEM图

(a) TEM images; (b) HRTEM images

2.3 激发和发射光谱

图5(a)所示为CaY0.96AlO4: 0.04Tb3+的激发光谱，监测波长为545 nm。由图5(a)可见，在紫外区域，CYA: Tb3+的激发光谱主要由200~300 nm之间的宽带激发构成，峰值波长为265 nm，属于基质的电荷迁移带(charge transfer band，CTB)，源于O2−→Y3+和O2−→ Tb3+的电荷跃迁。激发光谱与Tb3+掺杂的钼酸盐[12]、钨酸盐[16]、磷酸盐[19]等类似，表明Tb3+掺杂的无机发光材料在紫外区域的最佳激发波长，位于基质CTB的峰值。Tb3+掺杂的CYA，其CTB强度很大，是一种潜在的紫外激发绿光发光材料。图5(b)所示为CaY0.96-AlO4: 0.04Tb3+的发射光谱，激发波长为265 nm。发射光谱由位于490，545，586和621 nm处的系列发射峰构成，属于Tb3+的5D4→7F(=6，5，4，3)跃迁。发光最强的峰道位于545 nm处，对应于Tb3+的5D4→7F5跃迁，属绿光发射；490 nm处的峰强次之，发光在蓝光区；分别位于黄光和红光区域的586和621 nm发光依次减弱。由于545 nm处的发光强度相对较大，因此荧光粉发绿光。

图5 CaY0.96AlO4: 0.04Tb3+的激发光谱和发射光谱

(a) Excitation spectrum (em=545 nm); (b) Emission spectrum (ex=265 nm)

2.4 Tb3+最佳掺杂量及发光效果

图6所示为CaY1−xAlO4:Tb3+(=0.01~0.07)绿色荧光粉的发射光谱(ex=265 nm)。所有样品的光谱线型与CaY0.96AlO4: 0.04Tb3+的一致，均由Tb3+的5D4→7F(=6，5，4，3)跃迁构成。随Tb3+掺杂量由0.01逐渐增加到0.06，荧光粉的发光强度逐渐增强到最大值，此后，随Tb3+的掺杂量继续增大，发光强度迅速减弱，发生浓度猝灭[13]。所以，Tb3+的最佳掺杂量为0.06。

图6 CaY1−xAlO4: xTb3+荧光粉的发射光谱

荧光粉中稀土离子的浓度决定粉体发光的强弱，适当浓度的稀土离子掺杂可发挥粉体的最大发光性能，过量的稀土离子掺杂会产生浓度猝灭。根据DEXTER关于发光材料的浓度猝灭理论[13]，稀土离子的掺杂量与发光强度之间的关系可表示为：/µ−s/3(式中的为电多极指数)。以掺杂浓度的常用对数lg为横坐标，lg()为纵坐标作图，并作直线拟合，如图6所示。浓度猝灭部分斜率为−/3。取值为3，6，8，10时，浓度猝灭机制可分别表示为交换相互作用、电偶极—电偶极、电偶极—电四极、电四极—电四极相互作用[27]。根据图7中直线的斜率，求得CYA:Tb3+的为2.29，比较接近3，表明浓度猝灭是由交换相互作用引起的。当Tb3+离子的掺杂浓度未达到发生浓度猝灭的临界浓度时，基质晶格吸收能量传递给Tb3+离子，使Tb3+离子上升到激发态后以辐射形式释放激发能量，得到发射光谱(发光)；Tb3+离子浓度超过发生浓度猝灭的临界浓度后，由于Tb3+离子之间的间距变小，处于激发态的Tb3+离子通过无辐射弛豫，将能量传递给另外一个处于基态的Tb3+离子，使其处于一个中间激发态，而不是辐射跃迁，从而降低发光效率，发生浓度猝灭。

图8所示为CaY0.94AlO4:0.06Tb3+荧光粉的CIE1931色度图(插图为实际发光效果图)。用CIE软件对CaY0.94AlO4: 0.06Tb3+的发射光谱进行计算，发射光谱的色坐标为(0.320，0.363)，在CIE1931色度图的绿—黄交界、靠近白光发光区域。在紫外激发下，荧光粉的实际发光效果为绿色发光。荧光粉的发光效果可用发射光谱谱线进行解释，发射光谱最强发射峰位于545 nm绿光区，所以荧光粉主发射颜色为绿光，但在蓝光490 nm和红光586、621 nm处均有强度不可忽略的发光，因此，荧光粉的发光靠近白光区。可以预见，在适当的红光混合下，可以获得品质较高的 白光。

图7 CaY1−xAlO4: xTb3+的发光强度I与Tb3+掺杂量x的关系(lg(I/x)−lgx曲线)

图8 CaY0.94AlO4: 0.06Tb3+荧光粉的CIE1931色度图(插图为实际发光效果图)

3 结论

1) 以尿素为燃料，采用低温燃烧法合成CaYAlO4: Tb3+绿色发光材料，最佳合成温度为800 ℃，尿素的最佳用量为(CH4N2O)/(Ca)=3，所制备的CaYAlO4: Tb3+绿色荧光粉的XRD谱与CaYAlO4的一致。样品为球形纳米颗粒，直径15 nm，结晶度高。

2) CaY0.96AlO4: 0.04Tb3+绿色荧光粉的最佳激发波长为286 nm，属于基质电荷迁移带，最强发射峰位于545 nm处。发射光谱的色坐标为(0.320，0.363)。Tb3+的最佳掺杂浓度为0.06%，浓度过大会产生浓度猝灭，其浓度猝灭是由Tb3+—Tb3+之间的能量交换引起的。

[1] RAO C N R, GANGULY P, SINGH K K, et al. A comparative study of the magnetic and electrical properties of perovskite oxides and the corresponding two-dimensional oxides of K2NiF4structure[J]. Journal of Solid State Chemistry, 1988, 72(1): 14−23.

[2] PAN Yu, WANG Wenjun, ZHU Yuhan, et al. Eu3+/2+co-doping system induced by adjusting Al/Y ratio in Eu doped CaYAlO4: preparation, bond energy, site preference and5D0–7F4transition intensity[J]. RSC Advances, 2018, 8(42): 23981− 23989.

[3] 陈彩花, 杨国辉 , 梁利芳, 等. 溶胶凝胶法合成CaYAlO4: Mn4+红色荧光粉及其荧光性能研究[J]. 发光学报, 2017, 38(5): 567−573. CHEN Caihua, YANG Guohui, LIANG Lifang, et al. Luminescent properties of CaYAlO4: Mn4+red phosphors prepared by sol-gel method[J]. Chinese Journal of Luminescence, 2017, 38(5): 567−573.

[4] ZHOU Dahua, XU Xiaodong, CHEN Xueyuan, et al. Crystal growth and spectroscopic properties of Er3+-doped CaYAlO4[J]. Physica Status Solidi, 2013, 209(4): 730−735.

[5] XIAO Y, CHEN X M, LIU X Q. Microstructures and microwave dielectric characteristics of CaRAlO4(=Nd, Sm, Y) ceramics with tetragonal K2NiF4structure[J]. Journal of the American Ceramic Society, 2004, 87(11): 2143−2146.

[6] 侯晓君, 肖薇, 李永锟, 等. 1 645 nm陶瓷激光共振泵浦Tm: CaYAlO4激光器[J]. 激光与红外, 2016, 46(1): 44−47. HOU Xiaojun, XIAO Wei, LI Yongkun, et al. 1645 nm ceramic laser resonanuy pumped Tm: CaYAlO4laser [J]. Laser & Infrared, 2016, 46(1): 44−47.

[7] TAN W D, TANG D Y, XU X D, et al. Room temperature diode-pumped Yb: CaYAlO4laser with near quantum limit slope efficiency[J]. Laser Physics Letters, 2011, 8(3): 193−196.

[8] CHEN Qiaoling, LÜ Shaozhen. White light emission in Pr3+, Tb3+:CaYAlO4phosphor[J]. Optoelectronics Letters, 2015, 11(5): 370−374.

[9] WANG Wanyan, YAN Xiuli, WU Xing, et al. Study of single-crystal growth of Tm3+: CaYAlO4by the floating-zone method[J]. Journal of Crystal Growth, 2000, 219(1/2): 56−60.

[10] LI Dongzhen, XU Xiaodong, CHENG Yan, et al. Crystal growth and spectroscopic properties of Yb: CaYAlO4single crystal[J]. Journal of Crystal Growth, 2010, 312(14): 2117−2121.

[11] GENG Dongling, LI Guogang, SHANG Mengmeng, et al. Nanocrystalline CaYAlO4: Tb3+/Eu3+as promising phosphors for full-color field emission displays[J]. Dalton Transactions, 2012, 41(10): 3078−3086.

[12] LI Xu,YANG Zhiping, GUAN Li, et al. A new yellowish green luminescent material SrMoO4: Tb3+[J]. Materials Letters, 2009, 63(12): 1096−1098.

[13] 翟永清, 李瑞方, 李璇, 等. SrMoO4: Tb3+绿色发光材料的微波辐射法合成及发光性能[J]. 硅酸盐学报, 2014, 42(3): 314− 320. ZHAI Yongqing, LI Ruifang, LI Xuan, et al. Synthesis of green-emitting phosphors SrMoO4: Tb3+by microwave radiation method and their luminescent properties[J]. Journal of the Chinese Ceramic Society, 2014, 42(3): 314−320.

[14] 关丽, 左金改, 刘冲, 等. Tb3+浓度对SrMoO4: Tb3+发光性能的影响[J]. 发光学报, 2011, 32(8): 779−783. GUAN Li, ZUO Jingai, LIU Chong, et al. Influence of Tb3+concentration on the luminescent properties of SrMoO4: Tb3+[J]. Chinese Journal of Luminescence, 2011, 32(8): 779−783.

[15] WU Hongyue, YANG Junfeng, WANG Xiaoxue, et al. Tune color of single-phase LiGd(MoO4)2−x(WO4): Sm3+, Tb3+via adjusting the proportion of matrix and energy transfer to create white-light phosphor[J]. Solid State Sciences, 2018, 77: 20−26.

[16] CHANU T T T, SINGH N R. Investigation on optical band gap, photoluminescence properties and concentration quenching mechanism of Pb1−xTb3+WO4green-emitting phosphors[J]. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 2018, 191: 539−546.

[17] SUN Haiqin, ZHANG Qiwei, LI Wenxin. (Bi0.5Na0.5)TiO3:Tb3+: A new green emission multifunctional ferroelectric material[J]. Ferroelectrics, 2016, 490(1): 127−135.

[18] ZHAO Ji, ZHAO Dan, CHEN Jun, et al. Synthesis and luminescence properties of novel green-emitting KPb4(PO4)3:Tb3+phosphor[J]. Journal of the Iranian Chemical Society, 2018, 15: 2631−2635.

[19] ZHANG Bingye, YJING Shitian, HAN Lu, et al. Color-tunable phosphor of Sr3YNa(PO4)3F: Tb3+via interionic cross-relaxation energy transfer[J]. RSC Advances, 2018, 8(45): 25378−25386.

[20] LUKAS G, FEDERICA F, BIEKE O, et al. Recovery of rare earths from the green lamp phosphor LaPO4: Ce3+, Tb3+(LAP) by dissolution in concentrated methanesulphonic acid[J]. RSC Advances, 2018, 8(46): 26349−26355.

[21] CHENG Ju, ZHANG Jia, LU Jian, et al. Luminescence and energy transfer properties of color-tunable Sr4La(PO4)3O: Ce3+, Tb3+, Mn2+phosphors for WLEDs [J]. Optical Materials Express, 2018, 8(7): 1850−1862.

[22] MENDHE M S, PUPPALWAR S P, DHOBLE S J. Novel single-component CaLaAlO4: Tb3+, Eu3+phosphor for white light-emission[J]. Optical Materials, 2018, 82: 47−55.

[23] RODRIGUES L C V, BRITO H F, Hölsä J, et al. Discovery of the persistent luminescence mechanism of CdSiO3: Tb3+[J]. The Journal of Physical Chemistry C, 2012, 116(20): 11232−11240.

[24] ZHOU Xiao, JIANG Sha, XIANG Guotao, et al. Tunable emission color of Li2SrSiO4: Tb3+due to cross-relaxation process and optical thermometry investigation[J]. Journal of the American Ceramic Society, 2018, 101(7): 3076−3085.

[25] PERRELLA R V, SCHIAVON M A, PECORARO E, et al. Broadened band C-telecom and intense upconversion emission of Er3+/Yb3+co-doped CaYAlO4luminescent material obtained by an easy route[J]. Journal of Luminescence, 2016, 178: 266− 233.

[26] BARTIC M, KOMINAMI H, NAKANISHI Y, et al. Properties of CaYAlO4: Eu3+phosphors[J]. Advanced Materials Research, 2011, 222: 231−234.

[27] LI Xu, GUAN Li, SUN Mingsheng, et al. Luminescent properties of Dy3+doped SrMoO4phosphor[J]. Journal of Luminescence, 2011(131): 1022−1025.

Low temperature combustion synthesis and luminescence properties of CaYAlO4: Tb3+green phosphors

WANG Shuxue, DENG Jingyu, YU Long, LUO Hu, GAO Xiaofeng, ZHU Desheng

(School of Physics and Optoelectronic Engineering, Yangtze University, Jingzhou 434023, China)

The CaYAlO4: Tb3+green luminescent phosphors were synthesized by low temperature combustion using urea as fuel and ethylene glycol as complexing agent. The structures of the phosphors were analyzed by XRD to determine the optimum synthesis temperature and urea dosage. The morphology and luminescent effect of phosphors were observed and tested, the effects of the amount of Tb3+doping on the luminescence properties of the phosphor were investigated. The results show that the optimum ratio of urea to CaYAlO4is(CH4N2O):(Ca)=3:1, and the optimum synthesis temperature is 800 ℃. The synthesized samples are spherical particles with a diameter of about 15 nm. The excitation spectra of the phosphors is mainly composed of a broadband excitation band of O2−→Y3+, O2−→Tb3+, the excitation peak wavelength is 265 nm. The emission spectra consists of excitation peaks at 490, 545, 586 and 620 nm, which are derived from the5D4to7F(=6, 5, 4, 3) transition of Tb3+, respectively. The 545 nm transition intensity is the largest and the phosphor glows green. The optimum doping concentration of Tb3+is 0.06%. The concentration quenching is caused by exchange interaction. Under the excitation of UV 265 nm, the color coordinate of the emission spectrum of CaY0.96AlO4: 0.06Tb3+phosphor is (0.320, 0.363), which is located at the junction of green-yellow-white light on the CIE1931 chromaticity diagram, and it is a potential single-doped green luminescent material for LED.

low temperature combustion method; CaYAlO4: Tb3+; phosphor; excitation spectra; emission spectra

TB34；O482.31

A

1673-0224(2019)03-282-07

长江大学创新训练计划资助项目(2018172)；湖北省教育厅科研计划资助项目(B2018027)

2018−11−27；

2018−12−26

朱德生，讲师，博士。电话：18986692895；E-mail: dshzhu@csu.edu.cn

(编辑 汤金芝)