静电纺丝法制备NaSrBO3：5%Eu3+纳米纤维及发光特性

张渤琦 李 霜*

（长春理工大学理学院，吉林 长春130022）

1 概述

近几年，稀土发光材料在照明、显示和光通信等领域中获得了广泛的研究与应用[1,2]。第四代WLED 光源具有效率高、使用寿命长和环保等优点，是传统白炽灯和荧光灯的理想替代品[3]。它是通过“荧光转换”来实现的，这标志着白光可以由黄色的Y3Al5O12：Ce3+（YAG：Ce）荧光粉封装在蓝色（460nm）InGaN 芯片上来实现。然而由于其光谱中缺乏红光部分，所呈现出的“冷白”光具有低的显色指数（CRI＜80）[4-5]。因此，这些缺点限制了它作为照明光源的广泛商业化。所以红色的荧光材料引起了研究者们的热潮[6-8]。三价Eu3+稀土离子的特征发射在615nm 左右，可以有效的弥补白光中缺乏的红光部分。

静电纺丝法是可以直接并且连续制备聚合物纳米纤维的工艺方法[9-10]，具有易操作，效率高，可控性高等优点，其制备的一维纳米纤维具有合成条件低、性能优越等特点，成为制备稀土发光材料的重要方法之一[11-12]。

在本文中，我们利用静电纺丝技术结合高温煅烧工艺制备了NaSrBO3：5%Eu3+纳米纤维，对合成产物的结构、形貌及发光特性进行了研究。

2 实验

2.1 实验原料

硝酸钠（NaNO3，99%，阿拉丁试剂）；硝酸锶（Sr（NO3）2，99%，阿拉丁试剂）；硝酸铕（Eu （NO3）3，99.9%，阿拉丁试剂）；硼酸（H3BO3，99.5%，北京化工厂）;（聚乙烯基吡咯烷酮PVP，99%，阿拉丁试剂）；以上试剂均未进一步纯化。

2.2 NaSrBO3：5%Eu3+纳米纤维的制备

采用静电纺丝技术和高温烧结工艺对NaSrBO3：5%Eu3+纳米纤维进行了制备。具体制备流程如图1 所示。将NaNO3、Sr（NO3）2、H3BO3和Eu（NO3）3试剂按Na：Sr：B：Eu=1：1：1：0.05 摩尔比进行称量，将混合后的粉末加入2ml 去离子水中，加热至60℃并搅拌至完全溶解。称取0.5g 的PVP，加入到5.5ml 无水乙醇中溶解。将两种溶液混合搅拌5h，静置5h 以去除溶液中的气泡。电纺条件为电压12kV，针尖与集电极之间的距离为15cm。为进一步得到NaSrBO3：5%Eu3+无机纤维，将电纺原丝在120℃烘箱中烘干2h，然后置于管式炉中退火。样品在800℃下烧结2h，升温速率为2℃/min，然后随炉冷却至室温。

3 结果与讨论

3.1 XRD 结果分析（图2）

图1NaSrBO3：5%Eu3+纳米纤维制备流程示意图

图2 NaSrBO3：5% Eu3+纳米纤维XRD 图

结果表明，在800℃温度下的XRD 峰与NaSrBO3标准卡[ISCD-172420]的XRD 峰一致。未见杂质衍射峰，说明纤维试样在800℃烧结后结晶良好，形成NaSrBO3单斜晶相。

3.2 形貌表征

图3 NaSrBO3：5%Eu3+样品（a）原丝（b）退火800℃后的SEM 图像

图4 （a）NaSrBO3：5%Eu3+样品的激发光谱（b）发射光谱

图3（a）显示了PVP/ [NaNO3+Sr（NO3）2+Eu（NO3）3+H3BO3]复合纤维的形貌图片。从图中可以清楚地看出，电纺产物是由许多长度较长的纤维组成，纤维的取向分布是随机的。纤维的分布较为均匀，平均直径为500nm 左右，长度相对较长，表面较为光滑，纤维之间没有粘连。扫描电镜下纤维没有断裂，说明纤维长度至少可达数十微米。图3 （b）为800℃下电纺丝复合纤维试样的SEM图，结果表明，800℃烧结之后的样品破坏原有的纤维形貌，纤维由大晶粒组成，说明温度升高使该纳米纤维晶粒生长，平均直径800nm。

3.3 发光特性分析

NaSrBO3：5%Eu3+纳米纤维在800℃退火处理后，在监测波长612nm 下的激发光谱如图4（a）所示。结果表明，在350-500nm 的波长范围内存在多个吸收峰，其中363nm、383nm、394nm、417nm和466nm 处的激发峰分别对应于Eu3+的7F0、1→5D4、7F0、1→5L7、7F0→5L6、7F1→5D3和7F0→5D2能级跃迁。最强的吸收峰位于394nm 处，来自7F0→5L6的能级跃迁，具有明显的紫外和蓝光吸收。图4（b）分别为激发波长394nm 和466nm 处的发射光谱，在394nm 的 激 发 时，NaSrBO3：5%Eu3+纳 米 纤 维 的 发 射 光 谱 在592nm、612nm、651nm 和702nm 处有发射峰，分别对应于Eu3+离子在5D0→7F1、5D0→7F2、5D0→7F3和5D0→7F4的能级跃迁。在激发波长466nm 的发射光谱结果表明，在612nm 处，Eu3+的主发射峰仍然是5D0→7F2能级跃迁。与紫外激发时相比，在发射光谱中702nm 处5D0→7F4的发射峰明显增强。结果表明，NaSrBO3：5%Eu3+纳米纤维表现出良好的红光发射特性，对弥补白光LED 缺失的红光部分有很大的潜力。

4 结论

本文采用静电纺丝技术结合高温煅烧工艺，成功制备了NaSrBO3：5%Eu3+纳米纤维，样品在800℃时结晶完好与标准卡片相一致，该样品经过800℃烧结之后，样品晶粒增大，表面变得粗糙，平均直径为800nm。在394nm 和466nm 激发波长下，都表现出了Eu3+的5D0→7FJ（J=0,1,2,3,4）能级跃迁，样品同时能够被近紫外和蓝光激发，主要发射由橙红光转变为红光。这些结果表明，Eu3+掺杂的NaSrBO3纳米纤维可在白光LED 荧光粉中具有广阔的应用前景。