第26卷第1期 中南民族大学学报(自然科学版) V ol .26No.12007年3月 Jo urnal of S o ut h 2Cent ral U niversit y fo r N a ti o nalit ies (N at .Sci .Ed iti o n ) M ar .2007
α
燃烧法合成Eu
2+
、D y
3+
、N d
3+
共
掺杂的硅酸盐长余辉发光材料Sr 2M gSi 2O 7和Sr 2ZnSi 2O 7
徐咏钗 宋华杰 尹盛玉 赵长亮 陈栋华3
(中南民族大学化学与材料科学学院催化与材料科学湖北省重点实验室，武汉430074)
摘 要 采用燃烧法在600～800℃合成了S r 2M gSi 2O 7:Eu 2+、D y 3+、N d 3+,S r 2ZnSi 2O 7:Eu 2+、D y 3+、N d 3+和
S r 2ZnS i 2O 7:Eu 2+、D y 3+
蓝长余辉发光材料，对材料进行了XRD 、TEM 、
激发和发射光谱、余辉亮度及余辉衰减的测定.结果表明：稀土离子的掺杂对基质晶体结构没有影响，激发和发射光谱显示它们的光谱性质是Eu 2+典型的
4f 25d 的跃迁所致，对S r 2ZnSi 2O 7:Eu 2+、D y 3+材料,N d 3+
的共掺杂有利于提高其余辉性能
.关键词 燃烧法；碱土硅酸盐；长余辉；发光；陷阱能级
中图分类号 TB 383 文献标识码 A 文章编号 167224321(2007)0120020203
Com bustion Syn thes is of Sr 2M gSi 2O 7an d Sr 2Zn Si 2O 7i n S ili ca te Af ter glow P hosphor s Act
i va ted by E u
2+
,D y
3+
and Nd
3+
X u Yong ch a i S ong H u aj ie Y in S h engy u Z h ao C han g l ian g Ch en D ong h ua
Abstra ct B lue afte rgl ow pho spho rs Sr 2M gS i 2O 7:Eu 2+,Dy 3+,N d 3+,S r 2ZnSi 2O 7:Eu 2+,D y 3+,N d
3+and
S r 2ZnS i 2O 7:Eu 2+,Dy 3+w er e syn the si zed by com bu st i on m e thod a t 600～800℃.T he cr ysta lliza tion,pa rtic les sizes and lum i ne scence p rope r ties of the sam p le have been inve st i ga t
ed syste m at i ca lly by using pow de r X 2ray diffra cti on ,tran s m issi on e lectron m icro scopy,lum ine scence s pec trophotom e ter and b rightness m ete r .It is ind i ca ted the dop i ng i on s do no t fo r m new p hase in the syn the sis p roce ss .T he lu m inescence com es f rom typ i ca l 4f 25d tra nsfe r of Eu 2+.T he N d
3+
co 2doped S r 2ZnS i 2O 7pho s p ho r revea ls a bette r afte rgl ow charac te r istic
.Keywor ds com busti o n syn the sis ;a lka line ear th silica te ;l ong 2af te rgl ow pho s p ho r ;lu m inescence ;trap levels Xu Yongcha i M aster ′s C andi da te,Key L abo rato ry for Ca talysis and M a ter ial Science of H ube i P rovince,College of C he m ist ry and M ate ria l Sc ience,SCU FN ,W uhan 430074,Ch ina
近年来，以硅酸盐为基质的发光材料以其优良的物理化学性能，特别是耐水性，引起各专家学者的广泛关注[123].自文献[426]报道了多种硅酸盐发光材料的光谱特性以来，文献[7]首次在硅酸盐体系中发现余辉时间长达10h 以上的高亮度余辉材料，并研究指出以Eu 2+为主激活离子的镁黄长石结构的焦硅酸盐化合物和镁硅钙石结构的硅酸盐化合物的发光性能最好.制备硅酸盐发光材料的方法主要有
高温固相法、Sol 2ge l 法等.但这些方法都有一定的局限和缺点.特别是传统的高温固相法，烧结温度高，时间长，产物需经研磨，这些步骤都不利于保证材料的发光性能.近年来燃烧法[8,9]被用于制备硅酸
盐体系的发光材料，用此法制备的材料产物疏松，易粉碎，发光亮度不易受破坏，节约能源，是一种有前途的制备发光材料的方法.但硅酸盐体系的长余辉材料由于缺乏不引入杂质的可溶性的硅，所以用燃
α
收稿日期 62625 3通讯联系人 陈栋华(62)，男，教授,26@作者简介 徐咏钗(82)，女，硕士研究生，研究方向材料物理化学,26@基金项目 湖北省自然科学基金重点资助项目(B )
20000194E m ail :chendh 4ho t m ail 191:E m a il:chendh4hotm a il
2001A A 009
烧法合成有一定难度.
本文首次用燃烧法合成了蓝长余辉材料S r2M gS i2O7:Eu2+,D y3+,N d3+(S M2EDN), S r2ZnSi2O7:Eu2+,D y3+(SZ2ED)和S r2ZnSi2O7: Eu2+,D y3+,N d3+(SZ2EDN)，并对材料的晶体结构及光学性质进行了测定，讨论了N d3+的掺杂对SZ2 EDN的发光性质的影响.
1 实验部分
1.1 药品
实验所用药品为:Sr NO3(A.R)、M g(N O3)2
火炬之光2洗点药水4H2O(A.R)、S i O2(A.R)、Eu2O3(3N)、D y2O3(3N)、N d2O3(3N)、H3BO3(A.R)、CO(N H2)2(A.R)、HNO3(A.R).
1.2 实验仪器
所得产物的性能表征：使用B ruker D8X2射线衍射仪(B ruker，德国)对燃烧后的产物进行晶体物相分析;PekinEl m e r L s255型荧光光谱仪(PE，美国)测量了粉体的激发和发射光谱;F E I T ecnai G20透射电子显微镜(F E I，荷兰)观测了燃烧后粒子的大小和形貌，用ST286LA屏幕亮度计(北京师范大学光学仪器厂，中国)测量了产物激发一定时间后的亮度并绘制了亮度2时间曲线.
1.3 合成方法
按化学计量比称取S r(NO3)2、M g(NO3)2
4H2O、H3BO3和CO(N H2)2，在250m L烧杯中用蒸馏水溶解，另称取Eu2O3、Dy2O3和N d2O3放入10m L 烧杯并用浓硝酸溶解，合并两溶液，在加热炉上加热至沸的情况下缓缓加入Si O2，超声分散15m in后，立即将溶液转移至300m L瓷坩埚中并迅速置入已预先加热到600～800℃马弗炉中.随着反应的进行，可观察到溶液迅速沸腾、蒸发、膨胀、燃烧并伴随大量氨气放出.整个过程在5m in内完成.待冷却后，可观察到产物为白，疏松多孔，稍加研磨，即可成细的白粉末.
2 结果与讨论
2.1 目标产物的物相分析
图为燃烧法合成目标产物S M2DN和SZ2 DN的XRD图谱经与D S卡片对照分析,S M2 DN和SZ2DN主峰位置分别与D S5236和D S3235相对应，二者均为镁黄长石结构的焦硅酸盐化合物，同为简单四方晶系结构.其阴阳离子以强共价键相结合;2个[S i O4]四面体通过共用一个氧原子连在一起，形成孤立的[Si2O7]基团, [S i2O7]通过四配位中的M g或Zn离子和八配位中的Sr结合在一起，这种化学键使其具有比较强烈的热稳定性和化学稳定性等特点[8].稀土离子的加入并不影响其晶体结构.另外，在其晶型中发现有少量的石英晶相存在.这是因为燃烧法反应温度高，反应剧烈，但反应时间短，未完全溶解在溶液中的部分Si O2来不及进入晶格细胞，仍以Si O2的形式留在产物中.考虑到SZ2ED和SZ2EDN的XRD图谱相同，所以SZ2ED的XRD图没有被显示出来.
图1 Sr2M gSi2O7:Eu2+、D y3+、N d3+和Sr2ZnSi2O7:
Eu2+、D y3+、N d3+的XRD图谱(∀Si O2)
Fi g1 XRD pat t ern s of Sr2M gSi2O7:E u2+、D y3+、N d3+and
Sr2ZnSi2O7:Eu2+、D y3+、N d3+p hospho rs(∀Si O2)
2.2 目标产物的激发和发射光谱
图2是S M2EDN,SZ2ED和SZ2EDN的发光光谱.图2a显示S M2EDN的激发峰由3002450nm的2个宽激发带组成，主激发峰位于346nm和396nm 处，其发射峰为459nm处的单峰.图2b和图2c显示SZ2ED和SZ2EDN很相似，激发峰均为2502350nm 的宽带，主激发峰都是在251nm，而SZ2ED的发射峰在390nm处有一小峰,SZ2EDN则没有.S M2EDN, SZ2ED和SZ2EDN的发射峰都被视为Eu2+的典型的4f25d跃迁，图中没有观察到D y3+和N d3+的发射峰，说明D y3+和N d3+在材料中只是作为辅助激活剂起储存和传递能量的作用，并不充当发光中心.从图2a和图2c中可以清楚地看出,S M2EDN和SZ2EDN 的发射光谱有很大不同,S M2EDN只有一个主发射峰，而SZ2EDN有2个.这可能是因为Eu2+在不同的基质中被激发分裂成不同的能级，因此导致在S M2 DN和SZ2DN中有不同的发射谱
1
2
第1期 燃烧法合成Eu2+、D y3+、N d3+共掺杂的硅酸盐长余辉发光材料S r2M gS i2O7……
1E
E.JCP
E E JC P717
JCP902E E.
(a) (b ) (c)
(a )Sr 2M gSi 2O 7::Eu 2+,D y 3+,N d 3+;(b )Sr 2ZnSi 2O 7:Eu 2+,D y 3+;(c )Sr 2ZnSi 2O 7:E u 2+,D y 3+,N d 3+
图2 蓝长余辉材料激发和发射光谱
F i g 2 Excitat i o n and e m is si on s p ect ra o f t he b lue af tergl ow pho s p ho rs
2.3 产物的亮度和衰减曲线
分别用9W 的日光灯激发颗粒大小在100目以
下质量均在0.015g 左右的磷光体15m in 后，测定合成的3个样品的亮度，并绘制亮度随时间变化的余辉衰减曲线，如图3所示.从图3中可以看出S M 2EDN 的余辉亮度和时间明显优于SZ 2EDN 和SZ 2
ED ，这可能是由于Dy 3+和N d 3+
在不同的基质材料中产生能级陷阱的深度不同，在Sr 2M gS i 2O 7基质中
能形成更深的陷阱能级，并把捕获的空穴缓慢释放
出来，从而显示出更好的余辉性质.另外，对比曲线b 和曲线c 发现,SZ 2EDN 的余辉性能较SZ 2ED 好.表明第3种稀土离子N d 3+的加入，能够提供新的陷阱能级和捕获更多的空穴，有利于增强余辉亮度，延长余辉时间.详细的机理需要更深入的研究.
(a)Sr 2M gSi 2O 7:E u 2+,D y 3+,N d 3+;(b )Sr 2ZnSi 2O 7:Eu
2+
,D y
3+
,N d
3+
;
(c )Sr 2ZnSi 2O 7:E u 2+,Dy 3+
图3 蓝长余辉材料余辉衰减曲线
F i g 3 A ft erg l ow cu rves o f the b lue afterglow p ho spho rs
3 结论
(1)燃烧法合成的Sr 2M gS i 2O 7:Eu 2+,D y 3+,N 3+
和S Z S O +
,D y 3+
,N 3+
蓝长余辉材料分别在5有个发射峰，在和6有个发射峰这是由于+在不同基质中激发被
分裂成不同能级所致.
(2)N d 3+的共掺杂在Sr 2ZnSi 2O 7中可形成更深的陷阱中心而提高磷光体的发光性能.
参 考 文 献
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and D y 3+
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[] 缪春燕，李东平，罗昔贤燃烧法快速合成新型蓝硅
酸盐长余辉材料[]中国陶瓷,3,3(6)222 中南民族大学学报(自然科学版)第26卷
d r 2n i 27:Eu 2d 49nm 1421nm 42nm 2.Eu 29.J .2009:2729.
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