Na和Nb掺杂的Y0.75Bi0.15Sm0.10VO4荧光粉制备及其发光性能

姚子凤，戴振翔，郑赣鸿,李鑫垚

(安徽大学 物理与材料科学学院，安徽 合肥 230601)

白光发光二极管(LED)是一种新型的全固态照明器件，具有发光效率高、耗电量小、体积小、重量轻、寿命长等优点.白光主要通过蓝光激发黄光荧光粉，或者紫外-近紫外光激发红、绿、蓝三基色荧光粉[1-3]获得.市场上的红光荧光粉多为硫化物系列，但其热稳定性和化学稳定性较差，在高温下容易分解.因此，寻找高效稳定且能在紫外-近紫外-蓝光区域有效激发的红光荧光粉材料，成为发光材料的研究重点.

Sm是一种非常有效的激活剂，广泛应用于新型光学材料的制备[9-10].元素Sm的电子组态为1s22s2p63s2p6d104s2p6d10f6, 其失去f层的电子后成为Sm3+， 因此Sm3+的跃迁主要为4f-4f跃迁.Sm3+的激发光谱谱线非常丰富，且可产生有效光发射.

实验表明Na离子可替代Eu离子或者Sm离子，此替代所产生的氧空位具有敏化作用，能促进能量转移.由于离子半径的差别，掺杂使晶体的对称性降低，增加了Sm3+的4f-4f跃迁概率，促进了能量的转移[11-12].此外，稀土铌酸盐本身就是自激活材料，在紫外光激发下，可观察到440 nm的发射峰[13-14].因此，通过Nb离子替代YVO4中部分V离子，可增强荧光粉的发光性能，也可增强荧光粉的稳定性.笔者通过高温固相法制备Sm3+掺杂的矾酸盐荧光粉，且对其发光性质进行研究.

1 实 验

采用固相法制备Y0.75Bi0.15Sm0.10VO4:xNa (0≤x≤0.18)和Y0.75Bi0.15Sm0.10VO4:yNb (0≤y≤0.12)荧光粉的原材料为 Y2O3(99.9%), NH4VO3(99%), Sm2O3(99.9%), Bi2O3(99%), Na2CO3(99.99%)，Nb2O5(99.9%).将原材料按一定的比例混合，为了使混合物反应更充分，压成片后，分别在680 ℃温度中烧结10 h，在850 ℃温度中烧结10 h，在1 000 ℃温度中烧结12 h.

用DX-2000 SSC衍射仪(辐射源为Cu靶Kα，λ=0.15 406 nm)测定样品的X射线衍射(XRD)谱.用日立F-4500荧光光度计测量材料的发射光谱.

2 实验结果及分析

2.1 Y0.75Bi0.15Sm0.10VO4:xNa (0≤x≤0.18)和Y0.75Bi0.15Sm0.10VO4:yNb (0≤y≤0.12) 的晶体结构

图1为Y0.75Bi0.15Sm0.10VO4:xNa (0≤x≤0.18) 和 Y0.75Bi0.15Sm0.10VO4:yNb (0≤y≤0.12) 的XRD 谱.与JCPDS标准卡片对比分析可知：Y0.75Bi0.15Sm0.10VO4:xNa (0≤x≤0.18) 和 Y0.75Bi0.15Sm0.10-VO4:yNb (0≤y≤0.12)的衍射峰与JCPDS23-1486的衍射峰一致，说明得到的样品均具有相同的晶格结构.

图1 Y0.75Bi0.15Sm0.10VO4:xNa (0≤x≤0.18) 和Y0.75Bi0.15Sm0.10VO4:yNb (0≤y≤0.12) 的XRD谱

晶格常数可以通过下式计算

其中：θ为衍射角；λ为波长；a,b,c为晶格常数；h,k,l为晶面指数.

计算结果见表1,2.由表1,2可知，Na替代Y，Nb替代V没有改变晶体结构，但晶格常数有变化.

表1 Y0.75Bi0.15Sm0.10VO4:xNa (0≤x≤0.18) 的晶格常数

表2 Y0.75Bi0.15Sm0.10VO4:yNb (0≤y≤0.12)的晶格常数

2.2 Y0.75Bi0.15Sm0.10VO4:xNa (0≤x≤0.18)荧光粉的发射谱

图2为411 nm和482 nm光激发下Y0.75Bi0.15Sm0.10VO4:xNa (0≤x≤0.18) 的发射谱.由图2可以看出，Sm有4个发射峰.在566，604，647，713 nm处的发射峰是由4G5/2电子分别跃迁至6H5/2，6H7/2，6H9/2，6H11/2所得到的.根据磁偶极和电偶极跃迁的选择定则，当Sm3+在基质晶体中处于严格的反演中心格位时，以4G5/2-6H7/2磁偶极跃迁为主；当Sm3+在基质晶体中偏离反演中心格位时，以4G5/2-6H9/2电偶极跃迁为主[15].根据该选择定则结合实验结果，可知该系列荧光粉的Sm3+占据了反演中心格位.从图2还可以看出，掺杂浓度不影响发射峰的位置和形状，但对峰值的大小有影响.在一定范围内，荧光粉的发光强度随着x的增大而增强，当x=0.15时，发光强度达到最大，随x的进一步增大发光强度反而减弱，可见Na离子是一种很好的敏化剂.

图2 411 nm (A)和482 nm(B)光激发下Y0.75Bi0.15Sm0.10VO4:xNa (0≤x≤0.18)的发射谱

图3为411，482 nm光激发下Y0.75Bi0.15Sm0.10VO4:xNa (0≤x≤0.18)在647 nm处的发光强度与Na含量间的关系.从图3中可以看出，随着钠离子浓度的增加，样品的发光强度显著增强.x=0.15时达最大值，此发射光强度比没有掺杂时增强了近6倍，此后随着x的继续增加，发光强度变小，可见Na离子是个很好的敏化剂.

图3 411，482 nm光激发下Y0.75Bi0.15Sm0.10VO4:xNa (0≤x≤0.18)在647 nm处的发光强度与Na含量间的关系

2.3 Y0.75Bi0.15Sm0.10VO4:yNb (0≤y≤0.12)荧光粉的发射谱

图4为411 nm和482 nm光激发下Y0.75Bi0.15Sm0.10VO4:yNb (0≤y≤0.12) 的发射谱.由图4可以看出，Y0.75Bi0.15Sm0.10VO4:yNb (0≤y≤0.12)样品有4个发射峰：4G5/2-6H5/2(566 nm),4G5/2-6H7/2(604 nm),4G5/2-6H9/2(647 nm),4G5/2-6H11/2(713 nm)，其中以4G5/2-6H9/2电偶极跃迁为主的发射峰强度最强，以磁偶极跃迁为主的4G5/2-6H7/2的强度较弱，这说明Sm3+占据了反演中心格位.图5为411 nm和482 nm光激发下Y0.75Bi0.15Sm0.10VO4:yNb (0≤y≤0.12)在647 nm处的发光强度和Nb含量间的关系.从图5可知，随着掺杂离子浓度的增大，样品的发光强度变大，y=0.08时达到最大，此后，随着y继续增加，发光强度变小，可见Nb离子是个很好的敏化剂.

图4 411 nm(A)和482 nm(B)光激发下Y0.75Bi0.15Sm0.10VO4:yNb(0≤y≤0.12)的发射谱

图5 411 nm和482 nm光激发下Y0.75Bi0.15Sm0.10VO4:yNb(0≤y≤0.12)在647 nm处的发光强度及Nb含量间的关系

3 结束语

笔者采用固相法制备了Y0.75Bi0.15Sm0.10VO4:xNa (0≤x≤0.18) 和 Y0.75Bi0.15Sm0.10VO4:yNb (0≤y≤0.12) 荧光粉，且研究了其光学性能.研究结果表明，在411 nm和482 nm的激发下Y0.75Bi0.15-Sm0.10VO4:xNa(0≤x≤0.18) 和Y0.75Bi0.15Sm0.10VO4:yNb (0≤y≤0.12) 荧光粉有相同的4个尖锐的Sm发射峰：4G5/2-6H5/2(566 nm),4G5/2-6H7/2(604 nm),4G5/2-6H9/2(647 nm),4G5/2-6H11/2(713 nm).对于Y0.75Bi0.15Sm0.10VO4:xNa (0≤x≤0.18) 样品，发光强度随着Na含量增加而增强，在x=0.15时取最大值.对于 Y0.75Bi0.15Sm0.10VO4:yNb (0≤y≤0.12) 样品，发光强度也随着Nb含量增加而增强，在y=0.08时达最大值.