橙红色荧光粉Mg2-xSnO4∶E发光性能的研究

杨 英， 陈永杰， 李郎楷， 耿秀娟

(沈阳化工大学应用化学学院，辽宁沈阳110142)

CaSnO3是一种钙钛矿结构的锡酸盐.作为一种重要的介电材料，钙钛矿结构晶体具有广泛的电学性能，在高性能电容器的工业生产中倍受关注［1－3］.近年来，稀土离子掺杂的锡酸盐发光材料由于可以用作电子材料微结构的能量转移探针而引起人们的兴趣［4－5］.因而，钙钛矿体系氧化物在发光材料方面的研究受到人们的关注.目前，对锡酸盐的研究主要集中在对稀土离子激活的CaSnO3的研究［6－7］，而对稀土离子激活的Mg2SnO4的研究还未见报道.本文以氧化锡和氧化镁为原料，采用传统高温固相法制备锡酸盐新型橙红色荧光粉 Mg2-xSnO4∶Eu3+x，通过改变Eu3+的掺杂量来改善荧光粉的发光性能.

1 实验

1.1 试剂材料合成

实验采用高温固相法反应合成样品Mg2-xSnO4(x=0.01，0.03，0.05，0.07，0.09).以 SnO2(分析纯)、MgO(分析纯)和 Eu2O3(4N)化学试剂为原料，按设计的化学计量比称量，并加入适量无水乙醇后在研钵中搅拌，然后在烘箱中保温4 h至烘干，研磨均匀得前驱体.将所得的前驱体在1 250℃烧结3 h，然后冷却至室温，经研磨即可得到样品.

1.2 晶体结构和性能测试

对荧光粉的物相结构进行XRD分析(Bruker公司D8型X射线衍射仪，Cu靶，波长λ= 0.154 06 nm，管电压为40 kV，工作电流为40 mA).用F-4600型荧光分光光度计(激发源为150 W氙灯)进行发光粉体的光谱测试.

2 结果与讨论

2.1 晶体结构测定

图1为Eu3+的掺入量为7%(摩尔分数，下同)时荧光粉样品的物相结构.将所得到的衍射峰值数据与Mg2SnO4的JCPDS-24-0723卡片对比后发现:其结构数值与JCPDS-24-0723卡片数据基本吻合，结构为正交晶系，说明Eu3+的掺杂并没有改变Mg2SnO4的晶体结构，Eu3+较好地进入了基质晶格.

图1 Mg1.93SnO4∶Eu0.073+的XRD图谱Fig.1 XRD pattern of MgSnO∶Eu3+1.9340.07

2.2 激发光谱和发射光谱

Eu3+的掺入量为7%时荧光粉样品的激发光谱如图2所示.由图2可知:Mg1.93SnO4:的激发光谱在250～370 nm为一个宽谱带，它属于O-Eu的电荷迁移带和Eu3+的f-f高能级跃迁吸收，说明紫外光可有效激发该材料发光.

图2 Mg1.93SnO4∶Eu0.073+的激发光谱Fig.2 Excitation spectrum of MgSnO∶Eu3+1.9340.07

Eu3+的掺入量为7%时荧光粉样品的发射光谱如图3所示.Eu3+离子的发射来自于5D0激发态能级至7FJ(J=0～4)基态能级的辐射跃迁，包括5D0-7F0(580 nm)、5D0-7F1(590 nm，592 nm，598 nm)、5D0-7F2(614 nm，617 nm，625 nm)、5D0-7F3(652 nm，656 nm)、5D0-7F4(687 nm，692 nm，696 nm，702 nm)，其中5D0-7F2的跃迁强度远大于5D0激发态的其它跃迁［7］.发射颜色与Eu3+在晶格中所处的位置有关，若占据反演对称中心位置，则在橙区5D0-7F1(大约相当于593 nm)产生发射;若占据非反演对称中心位置，由于4f6组态中混入了相反宇称的5d和5g组态及晶体场的不均匀性，使晶体中的f-f禁戒跃迁被部分解除，则在红区 (约618 nm处 )产生5D0-7F2跃 迁［8］.由 图 3 可 以 看 出: Mg1.93SnO4∶的发射光谱由588 nm、595 nm、 598 nm、617 nm 4个主要发射峰组成，它们分别属于5D0-7F1(588 nm，595 nm，598 nm)和5D0-7F2(617 nm)跃迁，以5D0-7F1跃迁为主，所以发射出橙红光.表明Eu3+在Mg2SnO4中占据更多的反演对称中心的格位.

图3 Mg1.93SnO4∶Eu0.073+的发射光谱Fig.3 Emission spectra of MgSnO∶Eu3+1.9340.07

2.3 激活剂Eu3+对荧光粉发光性能的影响

在Mg2-xSnO4∶中，Eu3+作为激活离子取代Mg2+，发生不对称格位取代，构成发光中心.图4为荧光粉的最大发射强度随Eu3+离子掺杂浓度变化的关系曲线.

图4 Mg2-xSnO4发光强度随Eu3+掺杂浓度的变化Fig.4 The relationship between concentration of doped-Eu3+ and luminescence intensity of Mg2-xSnO4

由图4可知:随着Eu3+的增加，Mg2-xSnO4∶荧光粉的发光强度先升高后降低，且当x(Eu3+)=7%时，Mg2-xSnO4荧光粉的发光强度最大，随后发光强度都随着Eu3+增加而降低，表明发生了浓度淬灭现象.综上所述，最佳Eu3+掺杂量为7%.

3 结论

(1)采用高温固相法合成Mg2-xSnO4∶荧光粉.XRD分析表明合成的荧光粉属于正交晶系.掺入激活离子Eu3+后结构没有明显变化，Eu3+的最佳掺杂浓度为7%.

(2)Mg2-xSnO4∶荧光粉在250～370 nm是一个很宽的激发峰，它属于O-Eu的电荷迁移带和Eu3+的f-f高能级跃迁吸收，紫外光可有效激发该材料.发射光谱由588 nm、595 nm、598 nm、617 nm 4个主要发射峰组成，它们分别属于Eu3+的5D0-7F1(588 nm，595 nm，598 nm)和5D0-7F2(617 nm)跃迁.以5D0-7F1跃迁为主，所以发射出橙红光.

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