Lu2O3：Eu3+纳米荧光粉的制备和发光性能

•94 •嘉兴学院学报J o u r n a l o f J i a x i n g U n i v e r s i t y第29卷第6期2017年11月Vol.29 No.62017.1110. 3969/i.issn. 1671-3079. 2017. 06. 016Lll2〇3:Eu3+纳米荧光粉的制备和发光性能胡亚华，郏曦莹，沈春娥，柯成吉(嘉兴学院南湖学院，浙江嘉兴314001)摘要：用X射线衍射谱（XRD)、扫描电镜（SE:M)、能量色散X射线谱（E:DX)、光致发光谱（PIL 和X射线激发发射谱（XEL)对制备的Lu£O3::u3+纳米粉末的晶体结构、形貌和光谱进行表征.结果表明：采用溶胶-凝胶法制备的粉末颗粒为Eu3+离子掺杂的立方相Lu£〇3多晶结构；在紫外区的两个吸收峰对应于 Lu2O3晶格的基质吸收和O2—的2p轨道到Eu3+的4f轨道跃迁的电荷迁移吸收（CTB);在254 nm紫外光和 X射线激发下，Lu2O3::u3+纳米粉末的最强发射峰都位于612nm,归属于Eu3+离子的:>D。

—7F2跃迁.关键词：Lu£〇3::u3+;纳米荧光粉；溶胶-凝胶；光致发光；X射线激发谱中图分类号：TB383 文献标志码：A文章编号：1671-3079(2017)06-0094-05Synthesis and Luminescent Properties of Lu2〇3：Eu3+ Nano-phosphorHu Yahua,Jia Xiying,Shcn Chunc,Kc Chcnji(College of Nanhu,Jiaxing University,J iaxing,Zhejiang 314 001)Abstract:The structure，morphology and spectroscopy of L1J2O3：Eu0+nano-phosphor synthesized by sol-gel method arc characterized by X-ray diffractometer (XRD)，scanning electron microscope (SEM)，energy disperse X-ray spectroscope (EDX)，photo luminescence (PL.)and X-ray excited luminescence (XEL.)spectra.The results indicate that the as-prepared powder consists of the cubic structural Eu0+-doped polycrystallinc L1J2O3nano-phosphor.The excitation spectrum includes two intense broad bands，which arc host absorption of LiuOgand t hcO2——Eu.)+ charge transfer band (CTB.).The typical red emission peak under25/lnm and X-ray excitation both lies at 612nm，which is corresponding to the5Dn—7F2transition of Eu.)+ ions.Key words：L1J2O3：Eu0+;nano-phosphor；sol-gel;photolumincsccncc;X-ray excited l目前，以闪烁体材料为主体的探测和成像技术在高能物理、影像医学、安全检查及矿产资源勘探等方面得到广泛应用.心而^^^:^3密度大（9. 4g/cm3)，有效原子序数高（Z e ff=71)，光产额 强（20000光子/M eV)，发光与电荷耦合探测器的光谱灵敏度匹配好，这些出色的性能令其成为闪烁材料中的研究热点.6]根据不同需要，合成的Lu2()3:E u3材料又分为单晶、薄膜、陶瓷和粉末等形态.但由于闪烁单晶制备成本昂贵，薄膜材料制备工艺复杂，容易开裂，透明性受限于膜厚等问题，陶瓷闪烁材料已经成为人们关注的焦点.[7]为了获得高性能的透明陶瓷闪烁体，首先需要合成高质量的Lu2()3:E u3纳米 粉末.[]合成Lu2()3:E u3纳米粉末的方法有高温固相反应法、共沉淀法、水热法、燃烧法、溶胶-凝 胶法等.13]溶胶-凝胶法是一种简单有效、经济实用的制备方法.由于制备工艺和设备简单、颗粒分收稿日期：2016-07-12基金项目：2015年嘉兴学院重点SRT计划项目（851715061);南湖学院科研重点课题（N41472001-19)作者简介：胡亚华（1979—)，男，安徽歙县人，硕士，嘉兴学院南湖学院数理系讲师，主要研究纳米发光材料.网络出版时间：2017-10-24 09:58:28 网络出版地址：/kcm s/detail/33.1273.Z.20m024.0958.018.htm l胡亚华，郏曦莹，沈春娥，等：LU 2C )3:E U 3+纳米荧光粉的制备和发光性能布均匀、产品纯度高、易掺杂等优点，因此，适用于各种薄膜和纳米粉末的制备.[11]迄今为止，有关 溶胶-凝胶法制备Lu 2()3:F u 3纳米粉末的报道还不多.[1:) 18]目前只有L i u 等人采用有机甘氨酸为螯合 剂，通过溶胶-凝胶法制备了 Lu 2()3:F u 3纳米粉体.[13]本文以柠檬酸为螯合剂，通过溶胶-凝胶法合成 Lu 2D 3:F u 3纳米粉末，并对Lu 2D 3:F u 3纳米粉末的形貌、结晶性和发光性能进行了分析.1实验实验所用的原料为上海市帝阳化工有限公司生产的硝酸镥（L u (N ()3)3 • 6H 20)和硝酸铕 (F u (N (V )3 • 6H 20),国药集团化学试剂有限公司生产的无水乙醇和一水合柠檬酸（C 6H 8()7 • H 2(O ). 所有试剂均为分析纯试剂，未做进一步纯化.采用溶胶-凝胶法制备Lu 2()3:F u 3纳米粉末，具体流程如图1所示.按照化学计量比将一定量的 硝酸镥和硝酸铕溶解到无水乙醇和水的混合溶剂（无水乙醇：水=4 : 1)中，再加人溶解有一定量柠形成透明溶胶.并将所得溶胶在120 °C 下继 续搅拌蒸发至干凝胶.最后，将干凝胶放人 马弗炉内500 C 预煅烧，取出研磨后再次600 〜1000 C 下煅烧2h 可得L u 03 : F U 白色 粉末（升温速率2 °C /min ).用X 射线衍射仪对粉末样品的晶体结构 进行表征（辽宁丹东方圆仪器厂，DX -2700 型，C u 靶的K a 线，1= 0. 1542 nm )用扫描电子显微镜（S F M )对粉末样品的形貌进 行表征（荷兰飞利浦公司，Philips X L 30 F F G 型）用场发射扫描电子显微镜 (F S F M )对粉末样品的组分进行能量色散X射线谱（F D X )测试（荷兰飞利浦公司，P h ilip sX L 30F F G 型）用荧光分光光度计对粉末样品的激 发和发射光谱进行测量（日本日立公司，F -7000型）X 射线激发发射谱由自行研制的X 射线激发发 射谱仪测得.图LU 2O 3 :Fu 3+粉末的制备流程图2结果与讨论2.1 X R D 分析将烘干的L u 〇3 : F u 3干凝胶在不同温度 下煅烧2 h 后，测量其X R D 谱，如图2所示. 从图2可以看出，400 C 下煅烧后没有出现衍 射峰，说明此时粉末仍为非晶态，未能发生晶 化.当温度升高到500 C 时，X R D 图谱开始出 现强度比较弱的衍射峰，说明此时前驱胶体开 始晶化.随着温度逐渐升高到1000 C ，衍射 峰强度逐渐增加，表明样品晶化过程随着煅烧 温度增加而逐渐加强，结晶性更好.将衍射峰 与JC P D S 43-1021卡片号对比可知，样品在20 为 29. 77。

、34.49。

、49.59。

、58. 91。

的四个主 要衍射峰分别对应于立方相L u 2〇3的（22)、•96 •嘉兴学院学报第29卷第6期(400)、（440)、（622)四个晶面的衍射峰.另一方面，随着温度逐渐升高，衍射峰强度增加的同时峰宽变细，这说明Lu2()3:E u3粉末的晶粒尺寸随着温度的升高而增大.根据S c h e rre r公式d = O.89A//?«w0(d为晶粒尺寸，X为X射线的波长0.154nm，p为衍射峰的半高宽，0为衍射角），扣除 仪器引起的展宽之后，得到Lu2〇3:E U粉末在不同温度下的晶粒尺寸，如表1所示.表1不同温度下煅烧2h得到的LU2〇3::u3+粉末的晶粒尺寸温度/C5006007008009001000尺寸/nm7.610.814 920 623 827 62.2 S E M和E D X分析将烘干的干凝胶前驱体在900 °C下煅烧2 h后得到结晶性较好的L u2〇3 :F u3纳米粉末，其SEM 照片如图3 ()和（b)所示.图3 ()为一小团簇粉末样品的全貌图，图3 (b)为其局部放大图. 由图可知，900 C下煅烧2 h后得到的Lu2〇3:F u3纳米粉为椭球形粉末颗粒，颗粒之间没有明显的硬团聚现象存在，单颗晶粒尺寸约为20〜25nm，与X R D图谱中通过S c h e r e r公式计算的结果一致.S F M照片图3 (c)中相应选区的F D X分析结果如图3 (d)所示.图谱除了扫描电镜制样过程中喷金引人的A u元素特征峰之外，其余的都为）、L u和F u三种元素的特征峰.计算）、L u和Fu 三种元素的含量结果表明：L u和F u元素的原子数之和与）元素的原子数之比约为2: 3.02,该比值 与Lu2〇3化学计量比相当吻合；F u元素的原子数占L u和F u元素的原子数之和约为7. 08 %，这与 实验制备过程中的F u3离子掺杂浓度7 %也相当接近.(b)Acc.V Spot Magn Det WC 20.0 kV 3.0 40000x SE 5.0Acc.V Spot Magn Det WC 20.0 kV 3.0 80000x SE 5.0Acc.V Spot Magn Det WD Exp20.0 kV 3.0 80000x SE 5.0 0Element Atomic(%)〇55.79Lu34.27Eu 2.61Au7.331.002.003.004.005.006.007.008.009.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.Energy - keV图3900 C煅烧2h得到的Lu2〇3:Fu3+粉末的SFM照片（a,b,c)和FD X图谱（d )胡亚华，郏曦莹，沈春娥，等：LU 2C )3:E U 3+纳米荧光粉的制备和发光性能• 97 •图发光强度与Eu 3+掺杂浓度关系图图4 LU 2O 3 : EU +粉末的激发和发射谱图图6为900 °C _煅烧2 h 后得到的Lu 203 :E U 纳米粉末的X 射线激发发射谱，E U 离 子掺杂浓度为7 %.由图可知，L u 2〇3:E u 3 纳米粉末的X 射线激发发射谱和其紫外激发 发射谱非常相似，其中位于612 n m 的最强发 射峰同样归属于E U 离子的5D 。