稀土离子RE3+(RE=Dy,Eu,Tb)掺杂Gd2(WO4)3多色荧光材料的合成及性能研究

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以RE(NO33(RE=Gd,Tb,Dy和Eu)和Na2WO4·2H2O混合液为母盐溶液,使用NaOH调节pH,采用水热法合成前驱体,经后续煅烧后合成了Gd2(WO43:RE3+(RE3+=Tb3+,Dy3+,Eu3+,Dy3+/Eu3+,Tb3+/Eu3+,Dy3+/Tb3+)荧光粉。对Gd2(WO43:RE3+荧光粉进行一系列性能表征,巧妙运用WO42-→RE3+、Gd3+→RE3+及共掺杂时稀土离子之间的能量传递,详细研究了RE3+(RE3+=Tb3+,Dy3+,Eu3+,Dy3+/Eu3+,Tb3+/Eu3+,Dy3+/Tb3+)掺杂Gd2(WO43的荧光性能,其创新性成果如下:(1)以RE(NO33和Na2WO4·2H2O混合液为母盐溶液,使用NaOH调节pH,采用水热法合成前驱体,经后续煅烧得到荧光粉。通过FI-IR分析得Gd2(WO43:RE3+前驱体和荧光粉具有相似的官能团结构,前驱体经过煅烧之后其结晶性有了明显的增强;通过XRD分析得RE3+(RE3+=Tb3+,Dy3+,Eu3+,Dy3+/Eu3+,Tb3+/Eu3+,Dy3+/Tb3+)的掺杂并未使Gd2(WO43的晶体结构发生改变;通过FE-SEM分析可知前驱体基本为片状结构,经煅烧后的荧光颗粒维持了前驱体的片状。(2)Gd2(WO43:Dy3+(Dy3+的浓度为1 at.%-10 at.%)在452 nm激发下表现出良好的黄光发射,其主发射峰位于574 nm处,Gd2(WO43:Dy3+在Dy3+浓度为7 at.%发生猝灭,其实际发光色为黄色与其色坐标(0.40,0.49)相一致。Gd2(WO43:Tb3+(Tb3+的浓度为1at.%-15 at.%)在270 nm激发下表现出良好的绿光发射,其主发射峰位于547 nm处,Gd2(WO43:Tb3+在Tb3+浓度为10 at.%发生猝灭,其实际发光色为绿色与其色坐标(0.33,0.60)相一致。Gd2(WO43:Eu3+(Eu3+的浓度为5 at.%-40 at.%)在246 nm激发下表现出良好的红光发射,其主发射峰位于617 nm处,Gd2(WO43:Eu3+在Eu3+浓度为30 at.%发生猝灭,其实际发光色为红色与其色坐标(0.67,0.33)相一致。Gd2(WO43:RE3+(RE3+=Tb3+,Dy3+,Eu3+)猝灭机制均为稀土离子之间的相互作用,其荧光寿命均随稀土激活离子的增加而缩短。该材料的荧光温度依赖特性分析表明:Gd1.93Dy0.07(WO43、Gd1.90Tb0.10(WO43、Gd1.70Eu0.30(WO43荧光粉在不同温度下激发峰和发射峰形状和位置都没有改变,荧光寿命亦未发生改变,只是其激发和发射强度随着温度升高均逐渐降低,且三者均具有较高的活化能。(3)为了调节稀土发光材料的发光色,采用水热法经一系列制备工艺获得Gd2(WO43:RE3+(RE3+=Dy3+/Eu3+,Tb3+/Eu3+,Dy3+/Tb3+)荧光粉。当Dy3+/Eu3+共掺杂时,运用WO42-→Eu3+、Gd3+→Eu3+及Dy3+→Eu3+的能量传递作用,在270 nm激发下,Gd2(WO43:Dy3+/Eu3+发射峰分别位于482 nm(Dy:4F9/2-6H15/2)、574 nm(Dy:4F9/2-6H13/2)、593 nm(Eu:5D0-7F1)、616 nm(Eu:5D0-7F2)、653 nm(Eu:5D0-7F3)和701 nm(Eu:5D0-7F4)处,随着Eu3+浓度的增加荧光粉实际发光色由黄色逐渐转变至红色,其色坐标也发生相应的变化,且Eu3+的猝灭浓度为10 at.%与理论猝灭值相一致;随Eu3+含量的增加在270nm激发下Gd2(WO43:Dy3+/Eu3+荧光粉位于574 nm处的荧光寿命逐渐降低,证实了Dy3+→Eu3+的能量传递,Dy3+→Eu3+的能量传递类型为电偶极子-电偶极子互作用,Dy3+→Eu3+的最大能量传递效率为60.1%。当Tb3+/Eu3+共掺杂时,运用WO42-→Eu3+、Gd3+→Eu3+及Tb3+→Eu3+的能量传递作用,在246 nm激发下,Gd2(WO43:Tb3+/Eu3+发射峰分别位于547 nm(Tb3+:5D4-7F5)、593nm(Eu3+:5D0-7F1)、616 nm(Eu3+:5D0-7F2)、653 nm(Eu3+:5D0-7F3)和701 nm(Eu3+:5D0-7F4)处,随着Eu3+浓度的增加荧光粉实际发光色由绿光逐渐转变至黄光再转变至橙红光最终转变至红光,Eu3+的猝灭浓度为20 at.%与理论猝灭值相一致;随Eu3+含量的增加在246nm激发下Gd2(WO43:Tb3+/Eu3+荧光粉位于547 nm处的荧光寿命逐渐降低,证实了Tb3+→Eu3+的能量传递,Tb3+→Eu3+的能量传递类型为电偶极子-电偶极子互作用,Tb3+→Eu3+的最大能量传递效率为31.8%。当Dy3+/Tb3+共掺杂时,运用WO42-→Tb3+、Gd3+→Tb3+及Dy3+→Tb3+的能量传递作用,在273 nm激发下,Gd2(WO43:Dy3+/Tb3+发射峰分别位于490 nm(Tb3+:5D4-7F6)、547nm(Tb3+:5D4-7F5)、574 nm(Dy3+:4F9/2-6H13/2)、588 nm(Tb3+:5D4-7F4)、621 nm(Tb3+:5D4-7F3)和663 nm(Dy3+:4F9/2-6H11/2)处,随着Tb3+浓度的增加荧光粉实际发光色由黄光逐渐转变至绿光,且Tb3+的猝灭浓度为7 at.%与理论猝灭值相一致;随Tb3+含量的增加在273 nm激发下Gd2(WO43:Dy3+/Tb3+荧光粉位于574 nm处的荧光寿命逐渐降低,证实了Dy3+→Tb3+的能量传递,Dy3+→Tb3+的能量传递类型为电偶极子-四偶极子互作用,Dy3+→Tb3+的最大能量传递效率为34.9%。
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