Ti和Eu单掺杂与共掺杂的MSnO(M=Ca，Sr，Ba)发光材料的制备及光谱性能研究

摘要

本文利用高温固相反应法合成了M2SnO4:Ti4+(M=Ca，Sr，Ba)、M2SnO4:Eu3+(M=Ca，Sr，Ba)和M2SnO4：(Eu3+，Ti4+)(M=Ca,Si，Ba)发光体，采用X射线衍射技术、荧光光谱及寿命等测试手段对样品的结构和发光特性进行了研究。XRD结果显示，在M2SnO4(M=Ca，Sr，Ba)单掺杂Ti4+和Eu3+，或者共掺杂这两离子均不改变基质的晶体结构。M2SnO4:Ti4+(M=Ca，Sr，Ba)样品在蓝色光区产生明显的Ti4+-O2-宽带发射，峰值分别位于22700cm-1、24100cm-1和23500cm-1左右，其中(Ca2SnO4:Ti4+样品的发射最强， Ba2SnO4：Ti4+样品的发射强度最小。在M2SnO4：Ti4+(M=Ca，Sr，Ba)样品中，O2-与Ti4+离子之间的激发跃迁在紫外波段存在着两个激发峰，对于强激发峰，(Ca2SnO4：Ti4+样品的位置(35900cm-1)介于Ba2SnO4:Ti4+(35400cm-1)和Sr2SnO4：Ti4+(36500cm-1)之间；而对于弱激发峰，Ca2SnO4：Ti4+的能级位置(39500cm-1)均高于Ba2SnO4:Ti4+(37900cm-1)和Sr2SnO4:Ti4+(39200cm-1)。在具有一维链状结构的Ca2SnO4：Ti4+发光体中，Ti4+-O2-电荷迁移发光的寿命为2.66 цs，而在具有二维层状结构的Sr2SnO4：Ti4+和Ba2SnO4：Ti4+发光体中，Ti4+-O2-的发光寿命则增大至3.7us左右。在M2SnO4：Eu3+(M=Ca,Sr，Ba)发光体中，Ca2SnO4：Eu3+发射强度最大。 Ca2SnO4：Eu3+发光体的发射以电偶极跃迁5D0-7F2为主，Sr2SnO4：Eu3+发光体含有明显的5D0-7F1和5D0-7F2跃迁发射，而：Ba2SnO4：Eu3+则主要表现为5D0-7F1跃迁发射。M2SnO4：Eu3+(M=Ca，Sr，Ba)在紫外波段存在着Eu3+-O2-电荷迁移吸收带，随着Eu3+掺杂浓度的增加，电荷迁移吸收带均产生红移。发射光谱、激发光谱和荧光衰减的实验结果表明，在Ca2SnO4：Eu3+样品中，Eu3+离子取代Ca2-离子的位置；在Sr2SnO4：Eu3+和Ba2 SnO4：Eu3+样品中，Eu3+离子分别替代Sr2+/Ba2+和Sn4+，从而占据两个不同的格位。在Ca2SnO4：Eu3+中再掺入Ti4+离子，Eu3+离子的5D0-7F0和5D0-7F2跃迁发射强度显著增强。Ca2SnO4：(Eu3+，Ti4+)的发射光谱组成结构随Eu3+掺杂浓度产生很大变化，当Eu3+掺杂浓度低时，样品中同时存在着Ti4+-O2-的蓝光发射和Eu3+的红光发射；当Eu3+掺杂浓度较高时，样品中只存在着Eu3+离子的红光发射。通过改变Eu3+离子的掺杂浓度，可以使发光体的发光从蓝光调整到白光，进而到红光。Ti4+-O2-蓝色发光的寿命约为2.83us，其能量来源于O2-和Ti4+离子问的电荷迁移吸收；而Eu3+红色发光的寿命约为1275us，它所对应的紫外吸收宽带峰值位于275nm左右。Ti4+与Eu3+离子可能存在着能量传递现象。对于Eu3+和Ti4+共掺杂的Sr2SnO4和Ba2SnO4样品，当Eu3+掺杂浓度低，样品中明显存在Ti4+-O2-的电荷迁移发射和Eu3+的5D0-7F1跃迁发射。当Eu3+离子的掺杂浓度较高时，Ti针一O2-的发射非常弱，而Eu3+的发射强度也有所减少。在Sr2SnO4：(Eu3+，Ti4+)样品中，Ti4+针-O2-和Eu3+发射能量均来源于Ti+-O2-的电荷迁移吸收；而在Ba2SnO4：(Eu3+，Ti4+)样品中，Ti4+-O2的发射能量来源于Ti4+-O2的电荷迁移吸收，Eu3+离子的发射能量来源于Eu3+-O2的电荷迁移吸收。