铕离子掺杂硼酸钡荧光材料的制备及其发光性

任晓哲 贾林艳 于文卓 韩俊凤 邵长斌

摘 要：以碳酸钡、硼酸、氧化铕为原料，通过高温固相法制备Ba2B2O5：Eu3+荧光材料.结果表明：焙烧温度为950 ℃，铕离子的掺杂量为5%（mol），其发光性能最佳.该荧光粉可以被近紫外光有效激发，最强发射峰为Eu3+的5D0→7F2电偶极跃迁，最强发射波长为618 nm处的红光.

关键词：白光LED;红色荧光粉;高温固相法

[中图分类号]O469   [文献标志码]A

Abstract：Ba2B2O5：Eu3+fluorescent materials were prepared by high temperature soild phase method with barium carbonate，boric acid and europium oxideas raw materials.The optimized process parameters of fluorescent materials were selected by changing calcination temperature and doping amount of europium.The results showed thatthe best luminescence performance was obtained by calcination temperature of 950℃ and doping amount of europium ion of 5%（mol）.The phosphor can be effectively excited by the near-ultraviolet light .The strongest emission peak at 618nm wasascribed to the forced electric dipole transition 5D0→7F2 of Eu3+ions.

Key words：white LED;red phosphor;high temperature solid state method.

稀土元素由于其特殊的能級结构而常常被用于发光材料，其中Eu3+是应用最广泛的一种红色发光材料的激活剂.[1-2]稀土硼酸盐因具有相对较低的合成温度、优良的发光性能、简单的合成工艺以及相对稳定的物理化学性质等优点，被认为是良好的发光材料的基质[3]，稀土硼酸盐系列荧光粉得到较大的发展，生产出了多种发光特性优良的稀土硼酸盐荧光粉.[4]硼酸钡荧光材料因为优异的光学性能被广泛的应用于生活中.[5]本文采用高温固相法合成以Ba2B2O5为基质、稀土Eu3+为激活剂的荧光材料，并对所制备材料的发光性能进行研究.

1 实验部分

称取反应原料于玛瑙研钵中研磨，加入过量的硼酸（过量10%）.将混合物放置于不同温度的马弗炉中焙烧，自然冷却后研磨，得到目标产物.

Rigaku/Dmax-2200型X射线衍射仪分析检测晶体结构，辐射源为铜靶， 电压是40 kV， 电流为30 mA， 步长0.02°.Hitachi Limited公司的F-7000荧光分光光度计测试样品的发射光谱.

2 结果与讨论

2.1 Ba2B2O5：Eu3+的荧光光谱分析

实验制备的Ba2B2O5：Eu3+荧光粉为粉末状白色晶体，图1A是波长为616 nm监测波长下测定的Ba2B2O5：Eu3+荧光粉激发光谱图.由图1A可以看出，Ba2B2O5：Eu3+的激发光谱由一系列峰组成：362 nm（7F0→5L4），381 nm（7F0→5L7），394 nm（7F0→5L6），464 nm（7F0→5D2），最大峰值出现在394 nm处.说明在362，381，394，464 nm波长下的光可以有效激发Ba2B2O5：Eu3+荧光粉，394 nm是Ba2B2O5：Eu3+荧光材料的最适激发波长，可被紫外光LED芯片有效激发.[6]图1B为381 nm和394 nm激发波长下所产生的Ba2B2O5：Eu3+发射光谱图，在550～750 nm处，主要包含两个强峰，在596 nm是Eu3+的5D0→7F1磁跃迁，该现象属于Eu3+的磁偶极跃迁，此时Eu3+处在严格的反演中心晶格位置.618 nm是Eu3+的5D0→7F2电跃迁，是Eu3+电偶极跃迁，此时Eu3+处在非对称反演中心晶格状态;在655 nm附近发生了5D0→7F3跃迁和715 nm附近发生了5D0→7F4跃迁.[7-8]从图1B中可以看出，Ba2B2O5：Eu3+发光性能最强的发射波长为618 nm，此时发出的光是红光.

2.2 反应温度对荧光粉发光性能的影响

图2是掺杂量为5%的Ba2B2O5：Eu3+荧光粉样品分别于焙烧温度为850，900，950，1 000 ℃下焙烧200 min所制备的Ba2B2O5：Eu3+荧光粉发射光谱图.由图2中可以看出，随着温度的升高，荧光粉的发光强度逐渐增强，但1 000 ℃下焙烧的样品最强发射峰位于596 nm处，其余几个最强峰在618 nm和 596 nm为橙色光，样品色纯度不好.因此，最适宜反应温度为950 ℃.

图3是样品分别于焙烧温度为850，900，950，1 000 ℃下焙烧200 min所制备的Ba2B2O5：Eu3+荧光粉XRD谱图和JCPDS卡片24-0087上的标准谱图.Ba2B2O5：Eu3+荧光粉晶格参数为a = 11.014，b = 12.684，c = 16.586.可以看出，850 ℃，900  ℃，950  ℃条件下反应生成的Ba2B2O5：Eu3+荧光粉的XRD谱图，其主要衍射峰位置与标准卡片一致，表明生成了Ba2B2O5晶体，但在21.35°，30.50°，38.83°，43.35°附近有杂峰.杂峰均来自BaB2O4基质，表明在制备Ba2B2O5：Eu3+荧光粉过程中生成了BaB2O4杂项.1 000 ℃条件下反应生成的Ba2B2O5：Eu3+荧光粉XRD谱图中，还有一些其他杂峰的出现.因为950 ℃条件下生成的荧光粉XRD衍射峰数据和JCPDS卡片24-0087相比，峰的相对强度优于850 ℃和900 ℃，所以，950 ℃条件下反应对Ba2B2O5基质晶格发育影响相对较小.Ba2B2O5空间群为P2/m.