铕(III)掺杂二钡镁硅酸盐荧光粉的光致发光研究

Shrivastava拉维¹^＊， Ishwar Prasad Sahu²

¹ICFAI大学科技系，赖布尔，印度赖布尔

²英迪拉甘地国立部落大学物理系，印度阿玛坎塔克

*通讯作者:: Shrivastava拉维
科学技术部，
ICFAI大学赖布尔，
sujeet kumar
印度,
电子邮件: (电子邮件保护)

收到:2022年1月12日，稿件编号:joms - 22 - 51610;编辑分配:14- 2022年1月-预qcJOMS 22 - 51610 (PQ);综述:26- 2022年1月- QC号JOMS 22 - 51610;修改后:28- 2022年1月，稿件编号:JOMS 22 - 51610 (R);发表:04- 2月-2022,DOI: 10.4172/2321-6212.10.2.003。

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摘要

采用固相反应法制备了不同浓度(0.2、0.5、1.0、2.0和2.5 mol %)铕(Eu3+)掺杂的硅酸钡镁(Ba2MgSi2O7)。为了确定合适的制备方法和可用的相，记录了最佳PL浓度下样品的x射线衍射图。所记录的样品与晶体学开放数据库卡号96- 900-6941中专门报道的Ca2MgSi2O7有显著的匹配，优点图(FoM)为0.8051。这个FoM确认了样品的正确制备。利用Celref V.2进行了Rietveld晶格参数细化过程，以估计所制备样品的各种晶体学信息。对制备的样品进行光致发光(PL)研究。激发光谱在620 nm处监测，分别在294 nm和365 nm处显示出两个不同的峰。因此，在激发波长为294 nm时记录了发射光谱。发射光谱表明，592和612 nm处的发光峰是铕(III)离子的5D0→7F2跃迁，而633 nm处的发光峰是铕(III)离子的5D0→7F3跃迁。掺杂浓度为2 mol %的样品表现出最大的发光强度。使用坐标为0.611,0.387的CIE色度图确认，在红色区域发现了总体排放。 Critical distance for energy transfer in the concentration, beyond which concentration quenching occurred in PL spectra, was calculated. In this case, the critical distance was found to be 19.34 Å, therefore the mechanism involved in concentration quenching of Ba2MgSi2O7 doped with 2.0 mol % of Europium (III) must be only multipole-multipole exchange whereas the exchange interaction is ineffective.

关键字

红了;磷;光致发光;里特维德细化;x射线衍射;铕

简介

铕活化的二碱土(Sr, Ba, Ca)硅酸镁材料因其优异的发光性能，如宽发射峰，持久性能和即使在液体中也能保持这些性能而受到广泛的研究。硅酸盐基荧光粉的带隙通常在7.5 eV左右，这使得这些荧光粉适用于发光二极管(led)和等离子体显示面板(pdp) [1-4］．白色led已经在商业上使用两种颜色的荧光粉的组合，即蓝色和黄色。在这种情况下，制造成本低，发光效率相当高，但显色性差[5-6］．为了解决这一问题，其中一种方法是弥补掺Ce的钇铝石榴石(YAG)的红色元素的不足^{3 +}磷基LED与另一种红色发光荧光粉分开[7-8］．遗憾的是，荧光粉的研究仅限于低亮度，在近紫外区域不能有效吸收，甚至在近紫外照射下的寿命也不不足。三色荧光粉具有强烈的绿色、黄色和红色发光，适用于高显色性白光led。大多数用于白光LED的绿色发光荧光粉是氮化物荧光粉。“Eu的红色排放物^{3 +}是内部4f跃迁的结果，而Eu^{3 +}从5d-4f过渡，即偶极子，在很大范围内从红色到UV区域变化，这取决于宿主材料的晶体结构。众所周知，稀土离子掺杂发光材料的光学性质受基体[9］．因此，环保、稳定的稀土掺杂硅酸盐基荧光粉吸引了众多研究者的关注。在本文中，Ba₂MgSi₂O₇掺杂不同浓度的铕^{3 +}并对其进行了光致发光研究。

材料与方法

欧盟^{3 +}掺杂英航₂MgSi₂O₇掺杂不同浓度Eu的荧光粉^{3 +}采用固相反应法制备了(0.5,1.0,1.5,2.0 mol %)。所用的起始材料是SiO₂, BaCO_3.， MgO和Eu₂O_3.以适当的化学计量比例在砂浆中彻底研磨约1小时，在900℃预烧结，然后在1200℃下烧制约2小时，加入1.6 mol%的h_3.薄_3.用作助熔剂[10-13］．光致发光(PL)激发光谱和发射光谱用荧光分光光度计(SHIMADZU, RF-5301 PC，京都，日本)测量，功率为150瓦氙灯作为激发源。使用Panalytical Xpert PRO MPD(新加坡)对样品进行x射线衍射(XRD)表征，铜k α阳极波长为1.5405 AÃÂ

结果与讨论

XRD分析:

图1Ba的x射线衍射图与实测结果进行了比较₂MgSi₂O₇含有0.5 mol%的铕(III)。结果表明，两种图之间有很好的相似性。匹配!v. 2.3.1用于标准(Crystallographic open database)与实验XRD图谱的匹配。实验结果表明，XRD谱图与COD卡96-900-6941匹配良好，FoM值为0.8051。这已经报道了Ca的XRD谱图₂MgSi₂O₇．

图1:计算结果与观测结果的比较。

采用Celref v.2软件对晶格参数进行了细化。对应于crystallographic Open Database COD 96-900-6941的晶体学信息文件(1010215.cif)从网站http://www.crystallography.net/下载。在晶格参数细化过程中，利用晶体学信息文件中包含的信息作为参考。初始和细化的晶格参数显示在表1．

零	λ	一个	b	c	α	β	γ
0	1.5418	7.73	7.73	5.01	90	90	90
0	0	1	0	1	0	0	0
最终值:(第二行上的标准误差)
零	λ	一个	b	c	α	β	γ
0	1.5418	7.6306	7.6306	5.2039	90	90	90
0	0	0.1259	0	0.1325	0	0	0
H	K	l	2 t(观察)	2 t0	2 t (Cal)	Diff
1	2	0	25.601	25.601	26.1123	-0.5113
1	2	1	31.175	31.175	31.3458	-0.1708
2	2	0	32.926	32.926	33.2074	-0.2814
2	2	0	35.178	35.178	33.2074	1.9706
2	2	1	37.494	37.494	37.5517	-0.0577
2	1	2	44.141	44.141	43.7491	0.3919
0	4	0	46.792	46.792	47.671	-0.879
3.	3.	1	53.72	53.72	53.9373	-0.2173
5	1	2	72.795	72.795	72.9207	-0.126

表1。Ba的初始和细化晶格参数₂MgSi₂O₇掺杂铕^{3 +}．

光致发光研究

光致发光激发谱(图2)₂MgSi₂O₇掺杂1.5 mol%铕(III)在592 nm处进行了监测。观测到的光谱分别在294和364 nm处有两个峰，因此在激发波长为294 nm时，记录了不同浓度铕(III)(0.2、0.5、1.0、2.0和2.5 mol%)下样品的发射光谱。当激发波长为294 nm时，监测的发射光谱表示为图3．

图2:Ba的激发谱₂MgSi₂O₇掺杂铕^{3 +}(1.5 mol %)。

图3:Ba的发射光谱₂MgSi₂O₇掺杂铕^{3 +}．

发射光谱表明，592和612 nm处的突出峰是铕(III)离子的5D0→7F2跃迁到不同能量的晶格位置，而633 nm处的峰是铕(III)离子的5D0→7F3跃迁[14］．掺杂浓度为2 mol %的样品表现出最大的PL强度。在红色区域发现了全面的辐射，并使用坐标为0.4805,0.3763的CIE色度图(CIE 1931) (图4)，即属于深红色区域的点。

图4:色度图(CIE 1931)₂MgSi₂O₇掺杂铕^{3 +}．

图3表示各Eu峰值排放强度的变化^{3 +}掺杂浓度。我们注意到图4排放强度随Eu浓度的增加而增加^{3 +}离子浓度达到2.0 mol%，当掺杂Eu为2.5 mol%时降低^{3 +}．这是由于浓度猝灭。当Eu浓度^{3 +}离子增加，Eu之间的距离^{3 +}离子减少。这导致了Eu中的非辐射跃迁^{3 +}离子。它指出了一个重要的事实，即激发能的转移很大程度上取决于Eu之间的距离^{3 +}离子。Blasse [13，15]给出了估计能量转移临界距离(R)的重要公式。

其中V为单位细胞体积，N为每单位细胞的原子数，Xc为掺杂剂的临界浓度。在目前情况下(Ba₂MgSi₂O₇掺杂铕^{3 +}- 2.0 mol %)的单位细胞体积为303.0 (Å)3，每个单位细胞的原子数为4，临界浓度为0.020。利用Blasse公式求得临界距离值为19.34 Å。氧化荧光粉发光的非辐射能量传递是基于电多极-多极相互作用或交换相互作用的共振传递[16］．

这种情况可以用Blasse定理来解释[13，17］．据报道，超过临界距离5 Å，只有多极-多极相互作用是重要的，交换相互作用变得无效。当发现临界距离小于5 Å时，交换作用生效[18］．在目前的情况下，临界距离计算为19.34 Å，因此，涉及浓度淬火的机理₂MgSi₂O₇掺杂2.0 mol %的Eu^{3 +}被认为是多极相互作用。

结论

硅酸钡镁(Ba₂MgSi₂O₇)掺杂不同浓度(0.2,0.5,1.0,2.0和2.5 mol %)的铕(Eu^{3 +})采用固相反应技术制备。利用x射线衍射图谱对发光性能最佳的样品进行了表征，结果与同类样品的标准相吻合。在620 nm处监测到PL激发谱，分别在294 nm和365 nm处显示出两个不同的峰。因此，在激发波长为294 nm时记录了发射光谱。发射光谱表明，592和612 nm处的发光峰是铕(III)离子的5D0→7F2跃迁，而633 nm处的发光峰是铕(III)离子的5D0→7F3跃迁。掺杂浓度为2 mol %的样品表现出最大的发光强度。使用坐标为0.611,0.387的CIE色度图确认，在红色区域发现了总体排放。CIE坐标在强烈的红色区域。根据文献，这种强烈的红色发射可以成为红色发光二极管的潜在候选者。计算了浓度下能量转移的临界距离，超过该距离PL谱发生浓度猝灭，表明只能存在多极-多极交换，而交换相互作用无效。

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