文摘

新荧光粉Ca₂毫克(BO₃)₂:Ce^{3 +}固态反应法合成了高温度。相纯度粉末x射线衍射(XRD)的特点。Ce的紫外可见光(紫外)光学性质^{3 +}已经调查了,最低的5 d的水平,排放,和Ce的斯托克斯变化吗^{3 +}在确定了主晶格。此外,它的浓度淬火工艺也进行了研究。结果表明,Ce^{3 +}离子进入Ca^{2 +}网站只有一个发射紫外吸收范围和最佳掺杂浓度x= 0.05。激发和发射光谱评估清楚地揭示出发光特性。

1。介绍

稀土ion-doped硼酸盐被广泛研究,因为其优异的发光性能和广泛的应用,如SrB₄O₇:欧盟UV-emitting医疗灯,GdMgB₅O₁₀:Ce^{3 +}、结核病^{3 +}作为绿色组件的三色灯,(Y, Gd)波₃:欧盟^{3 +}红色荧光粉的等离子体显示板(pdp)设备(1,2]。

三价铈离子(Ce^{3 +})有4 f¹配置和Ce^{3 +}激活无机发光材料可以实现紫外红色发光由于宿主依赖性4 f-5d过渡Ce的发光特征^{3 +}(3- - - - - -7),这使得Ce^{3 +}激活荧光粉重大pc-LEDs候选人。因为f-d Ce的转换^{3 +}在一定程度上是允许的,他们有大量的吸收截面,表现为强烈的乐队在光谱,因此,Ce元素掺杂发光材料吗^{3 +}有效地吸收激发能。最著名的是Y₃艾尔₅O₁₂:Ce^{3 +},它可以吸收蓝光,将用高效转换成黄色的排放。磷是现在广泛使用的黄色组件GaN-based white-emitting led(发光二极管)8- - - - - -12]。

Ce^{3 +}有4 f¹极化子配置与第一激发态属于5 d配置。Ce的激发光谱^{3 +}5 d-4f排放提供信息的质心能量晶体场分裂和5 d州主晶格。预计类似的晶体场分裂为所有镧系离子在同一主晶格。也就是说,当Ce的5 d水平的能量^{3 +}在一个特定的主晶格,它们可以用来预测5 d的状态对于其他镧系离子在同一晶格。Ce的光谱性质的调查^{3 +}在不同的主机晶格中那么重要的不仅是可能的应用也为基础研究。

帮助下,1974年首次报道了结核病的发光^{3 +}在X₂Z (BO₃)₂(X=英航,老;Z = Ca、Mg) (13]。据报道,Ca₂毫克(BO₃)₂是正方,英航吗₂毫克(BO₃)₂是六角形和同形的矿物水碳钾钙石。英航₂Ca (BO₃)₂和老₂毫克(BO₃)₂有关水碳钾钙石,但他们指出晶体衍射模式系统较低的对称性(14,15]。随着一系列的硼酸盐相关的组成和结构,Ce的比较^{3 +}在英航发光性质₂毫克(BO₃)₂,英航₂Ca (BO₃)₂,老₂毫克(BO₃)₂是在我们目前进行的工作(16- - - - - -20.]。Ce^{3 +}在同构英航₂Ca (BO₃)₂和老₂毫克(BO₃)₂显示出类似的激发光谱性质,但不同于英航₂毫克(BO₃)₂。因为不同的配位多面体,Ce^{3 +}离子在前两个主机显示更大的晶体场分裂值。由于较强的电子点阵交互,斯托克斯位移大Ce^{3 +}在英国航空公司₂毫克(BO₃)₂。充分展示Ce^{3 +}在硼酸盐发光X₂Z (BO₃)₂(X= Ba、Sr、钙;Z = Ca、Mg),在这里,我们已经报告了Ce^{3 +}在另一个硼酸Ca发光性质₂毫克(BO₃)₂。

2。材料和方法

样本由固态反应路线在一个较高的温度。反应物包括分析纯CaCO等级₃(AR),分别以(AR),和H₃薄₃(AR,多余3摩尔%赔偿蒸发),和99.95%的纯稀土氧化物CeO₂和钠₂有限公司₃(AR)添加电荷补偿器在所有稀土掺杂样品。根据名义组成的化合物,适量的材料完全混合和地面开始,随后,混合物在500°C灭火前1 h。第二次铣后,样本煅烧在950°C 6 h CO-reducing气氛。这些步骤之后,温度缓慢冷却到室温。

最终产品的结构是由x射线粉末衍射(XRD)研究使用铜Kα辐射对RIGAKU D / max 2200 vpc x射线衍射仪和40 kV, 30 mA。紫外荧光粉的激发和发射光谱被记录在920年爱丁堡FLS的荧光谱仪在室温下,和一个450 W氙灯作为激励源。

3所示。结果与讨论

3.1。粉末x射线衍射(XRD)

的测量粉末x射线衍射对所有样品进行验证阶段纯洁和检查的晶体结构。样品的x射线衍射模式_{2 (1−x)}Ce_xNa_x毫克(BO₃)₂(x= 0,0.01,0.03,0.05,0.07,0.09)呈现在图1。结果表明,所有Ce^{3 +}ion-doped样品浓度范围也调查的一个阶段,这也符合一个纯的样品₂毫克(BO₃)₂时,晶体结构没有显著改变掺杂离子进入主机和占领Ca^{2 +}正常的网站。据报道,Ca₂毫克(BO₃)₂与Na同形₂Ca(有限公司₃)₂和正方一个= 5.14,c= 4.41 (13]。根据有效的离子半径和相同的价,Ce^{3 +}将主要进入Ca的呢^{2 +}网站。

3.2。Ca的紫外可见发光性质₂毫克(BO₃)₂:Ce^{3 +}

一系列的荧光粉Ca_{2 (1−x)}Ce_xNa_x毫克(BO₃)₂(x= 0.01,0.03,0.05,0.07,0.09)测量。作为一个例子,Ca的发射光谱_{2 (1−x)}Ce_xNa_x毫克(BO₃)₂(x= 0.05)在340 nm激发RT见图2。在340 nm紫外线激发下,广泛的发射光谱带达到∼422海里可以发现,一个标记为曲线。通常,Ce^{3 +}在一个特定的晶格离子的网站将显示两个发射带对应于转换从最低的5 d激发态²F_5/2和²F_7/2在手性拆分4 f基态。能量分离的两个发射带伴随着在手性拆分和数量约2000厘米⁻¹(5]。通常两个乐队更好的解决在低温下比在室温下由于减少电子点阵声子的相互作用。

确定Ce的发射峰的位置^{3 +},发射光谱是装有两个高斯配置文件位于约413 (a)和457海里(B),能量差是2331厘米⁻¹,这是略大于2000厘米的期望值⁻¹之间的²F_5/2和²F_7/2Ce的^{3 +}。这可能是由于弱结构中的nephelauxetic效应的影响。半最大值处全宽度(应用Ce^{3 +}排放估计∼91海里。

因为乐队A和B之间的能量差的方法²F_5/2和²F_7/2在手性分裂,归因于Ce的排放^{3 +}在一个特定的网站,也就是说,只有一个Ca Ca的网站₂毫克(BO₃)₂,类似于英航₂毫克(BO₃)₂,英航₂Ca (BO₃)₂,老₂毫克(BO₃)₂结构。当Ce^{3 +}离子在Ca₂毫克(BO₃)₂,它可能代替Ca^{2 +}。我们已经添加了Na⁺作为一个电荷补偿器在合成,所以Ce的排放^{3 +}在Ca₂毫克(BO₃)₂:Ce^{3 +}将与charge-compensated Ce^{3 +}中心。当特首^{3 +}进入一个特定类型的Ca^{2 +}网站,掺杂化合物将只显示一个发射中心。此外,我们也会考虑到硼酸样品部分吸湿,因此,紫外线照射的影响(由于氙灯)可以诱导吸附水分子的辐解,其中羟基可弱连着阳离子;这些氢氧根离子释放由于温度或增加照明。这个有趣的效果已经观察到的荧光发射的许多不同的材料,这也可能是一个不可避免的影响因素从绝缘子UV-green发射固体(21,22]。

Ca的紫外线激发光谱_1.9Ce_0.05Na_0.05毫克(BO₃)₂在不同监测波长是显示在图3标记为曲线一个,b,c,d,分别。曲线一个,b,c,d类似在250 - 450海里。三大乐队的标签(∼274海里),B(∼309海里)和C(∼340海里)显然是观察,我们认为这些乐队主要是与晶体场分裂5 d Ce^{3 +}在主晶格。我们都知道,没有额外的线或乐队由f或f-d电子的相互作用发生在Ce^{3 +}激发光谱,直接展示信息5 d的晶体场分裂状态。5 d¹电子配置可以分为2 - 5晶体场的组件,如乐队A, B, C在图3。在这里,我们可以估计最低f-d过渡(5 d¹)的吸收^{3 +}定位在412∼340海里(带C:∼29厘米⁻¹)。虽然在手性拆分在RT偶极发射没有很好地解决,我们可以估计斯托克斯位移(从340年到413海里)∼5199厘米⁻¹。因为斯托克斯位移相当小,明显的光谱重叠是观察之间的激发和发射光谱,直接表明,邻居Ce之间的能量转移^{3 +}是有效的。

图4显示了Ca的发射光谱_1.9Ce_0.05Na_0.05毫克(BO₃)₂在254、309、340和370 nm波长激发。在图3,我们可以看到这些乐队归因于f-d Ce的过度吸收^{3 +}在Ca₂毫克(BO₃)₂。它可以观察到,这些发射光谱几乎相似的形状,除了略红变化在309和370海里激发。这意味着,无论哪个波长兴奋,只能观察到发射从一个格点,这是符合上述讨论。

图5介绍了Ca的发射光谱_{2 (1−x)}Ce_xNa_x毫克(BO₃)₂(x= 0.01,0.03,0.05,0.07,0.09)在340 nm激发样品。所有的发射光谱形状非常相似,定期排放强度先增加然后减少,和最优发射强度发生在x≈0.01 - -0.09。排放强度的下降可能归因于浓度猝灭效应。在图6,Ce的浓度猝灭曲线^{3 +}排放在340 nm励磁是策划。它可以发现,Ce的排放强度^{3 +}在Ce第一次增加而增加^{3 +}浓度(x),达到最大x= 0.05,然后随由于浓度猝灭浓度增加而减小。

基于最优Ce^{3 +}掺杂浓度,关键的能量传递距离(R_c在Ce)^{3 +}在钙离子₂毫克(BO₃)₂主机可以使用下列方程计算(23): 在哪里V是细胞体积,N是阳离子的数量由Ce代替吗^{3 +}在单位细胞离子,x_c是最佳的掺杂浓度。在目前情况下,V= 320.5³,N= 4 (Ca的网站)x_c= 0.05。因此,至关重要的能量传递的距离可以被估计为8。的决定R_c值略大于5,表明多极相互作用占主导地位的Ce的浓度猝灭^{3 +}。

4所示。结论

荧光粉的光谱性质₂毫克(BO₃)₂:Ce^{3 +}在紫外可见范围调查。最低的5 d Ce的状态^{3 +}在Ca₂毫克(BO₃)₂观察到340海里,斯托克斯位移估计∼5199厘米吗⁻¹。更广泛的宽带从350年到600海里排放达到413和457海里。这些信息为我们提供了一个好主意,Ce^{3 +}是一个很好的敏化剂在Ca其他掺杂离子₂毫克(BO₃)₂,如铬^{3 +},欧盟^{3 +}、结核病^{3 +},Tm^{3 +},Nd^{3 +}。应该注意的发射波长范围可能扩大共掺磷的Ce^{3 +}和其他掺杂离子在Ca₂毫克(BO₃)₂主晶格;然后,将实现潜在的多功能应用。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作得到了广东基础研究和应用基础研究基金会(2021 a1515012358和2020 a1515011403号),广东高等教育创新团队计划,中国(2017 kcxtd023),寒山师范大学教授科研启动基金(QD202203)和校企协同创新中心的大健康产业(2022 Hybribio特殊项目,0002 / b22088)。