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Y_2O_3:Ln(Ln=Eu或Tb)纳米发光材料紫外激发性质研究

孟庆裕  陈宝玖  赵晓霞  王晓君  许武  
【摘要】:采用化学自燃烧法制备了不同 Ln~(3+)(Ln=Eu 或 Tb)掺杂浓度和不同平均粒径的 Y_2O_3:Ln 纳米晶体粉末样品,并通过高温退火获得了相应 Ln~(3+)掺杂浓度的体材料样品。测量了纳米和体材料 Y_2O_3:Ln 晶体粉末样品的发射光谱、激发光谱、X 射线衍射谱(XRD),并拍摄了透射电镜照片(TEM)。研究发现在量子尺寸效应和表面效应的作用下,随着粒径的减小, Y_2O_3:Eu 电荷迁移带的位置发生了明显的红移。并且,由于存在于近表面低结晶度环境中的 Eu~(3+)离子数量的增加,小粒径样品(5 nm)的电荷迁移带还向长波方向发生了明显的展宽。实验中还观察到 Y_2O_3:Tb 纳米晶激发谱中4f5d(4f~8→4f~75d~1)跃迁吸收对应激发峰(带) 的谱线形状随样品粒径变化存在较大的差异:随着粒径的减小,激发光谱在短波一侧出现较强的激发峰,当粒径减小到一定程度时(小于10 nm),短波侧的激发峰成为主要部分,体材料激发谱中原有的两个主要激发峰强度大幅减弱,变得不明显。这是由于 Tb~(3+)离子存在于两种差别较大的局部环境中——近表面的低结晶度环境和颗粒内部的高结晶度环境,Tb~(3+) 离子的4f5d 跃迁在两种环境中对应的吸收峰位置不同,当样品粒径发生变化时处于两种环境中的 Tb~(3+)离子比例随之变化,造成相应吸收跃迁对应的激发峰(带)强度发生变化,从而改变了激发谱的谱线形状。在对比不同掺杂浓度的样品的激发光谱时还发现,随着 Tb~(3+) (或 Eu~(3+))离子浓度的减小,Y_2O_3基质激子跃迁吸收的激发峰对比4f5d 跃迁(或电荷迁移带)激发峰的相对强度随之增强。在发光中心掺杂浓度较高时 Y_2O_3基质吸收带的激发效率是很低的,但在掺杂浓度很低的情况下,Y_2O_3基质吸收带的激发效率会相对提高。

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