稀土Yb3+/Tm3+掺杂NaGd（MO4）2荧光粉的制备及其光致发光

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.220104

摘要/Abstract

摘要：

近年来稀土掺杂的上转换发光材料在太阳能电池、工业照明和医学等领域的应用越来越受到重视，目前的研究主要集中于新型高效稀土上转换发光材料的开发。对于发光材料的制备，基质的选择尤为重要，钼酸盐因具有稳定的物理化学性能、低的声子能量而从众多基质中脱颖而出。本文选择钼酸盐为稀土离子掺杂的基质材料，采用水热法制备了Tm、Yb离子掺杂的NaGd（MoO₄）₂样品。通过改变离子掺杂的浓度，探究了NaGd（MoO₄）₂荧光粉的发光特性。研究表明，在980 nm激光照射下，NaGd（MO₄）₂∶Yb³⁺/Tm³⁺在477 nm处发射蓝色荧光，在648 nm处发射红色荧光。固定Yb³⁺的掺杂摩尔分数为6%，改变Tm³⁺的掺杂摩尔分数分别为0、0.5%、1%和2%时，发现随着Tm³⁺掺杂摩尔分数的增加，477 nm处的发射峰的强度先升高后降低，当Tm³⁺的掺杂摩尔分数为0.5%时，钼酸盐荧光粉的发光强度最大，在多色照明及光源器件的应用方面有广阔的发展前景。

关键词: 稀土掺杂, 钼酸盐, 上转换发光, 微观形貌

Abstract:

In recent years， rare-earth-doped up-conversion luminescent materials have received increasing attention in solar cells， industrial lighting， and medical fields. The current research is mainly to find new and efficient rare-earth up-conversion luminescent materials. For the study of luminescent materials， the choice of matrix is particularly important. Molybdate stands out from many matrixes due to its stable physical and chemical properties and low phonon energy. In this paper， molybdate is selected as the matrix material doped with rare earth ions. Tm and Yb ion-doped NaGd（MoO₄）₂ samples are prepared by hydrothermal method， and the change of the luminescence characteristics of NaGd（MoO₄）₂ phosphor is explored by changing the ion doping concentration. Through the analysis of its spectrum， it is found that under 980 nm laser irradiation， NaGd（MO₄）₂∶Yb³⁺/Tm³⁺ has a blue emission peak at 477 nm and a red emission peak at 648 nm. When the doping mole fraction of fixed Yb³⁺ is 6% and the doping mole fraction of Tm³⁺ is changed to 0， 0.5%， 1% and 2% respectively， it is found that with the increase of the doping mole fraction of Tm³⁺， the intensity of the emission peak at 477 nm first increases and then decreases. When the doping mole fraction of Tm³⁺ is 0.5%， the luminous intensity of molybdate phosphor first increases and then decreases to the maximum. It has broad prospects in the application of multi-color lighting and light source devices.

Key words: Rare earth doping, Molybdate, Up-conversion luminescence, Micromorphology

中图分类号:

O614.3

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图/表 7

图1 不同掺杂浓度下的NaGd（MoO4）2样品的XRD图a.NaGd（MO4）2∶6%Yb，0%Tm； b.NaGd（MO4）2∶6%Yb，0.5%Tm； c.NaGd（MO4）2∶6%Yb，1%Tm； d.NaGd（MO4）2∶6%Yb，2%Tm， Standard card JCPDS： 25-0828

Fig.1 XRD patterns of NaGd（MoO4）2 samples under different doping concentrations

表1 Tm/Yb掺杂的NaGd（MoO4）2的晶胞参数

Table 1 Unit cell parameters of Tm/Yb doped NaGd（MoO4）2

Cell parameters	a/nm	b/nm	c/nm	V/nm³
NaGd（MO₄）₂	0.524 875	0.524 875	1.147 8	31.620 5
NaGd（MO₄）₂∶6Yb/0Tm	0.523 305	0.523 305	1.140 7	32.237 8
NaGd（MO₄）₂∶6Yb/0.5Tm	0.523 243	0.523 243	1.140 6	32.228 9
NaGd（MO₄）₂∶6Yb/1Tm	0.523 007	0.523 007	1.140 9	31.208 5
NaGd（MO₄）₂∶6Yb/2Tm	0.522 981	0.522 981	1.141 6	31.224 5

图2 不同掺杂浓度下NaGd（MoO4）2样品的SEM图A.NaGd(MO4)2∶6%Yb，0Tm; B.NaGd(MO4)2∶6%Yb，0.5%Tm; C.NaGd(MO4)2∶6%Yb，1%Tm; D.NaGd(MO4)2∶6%Yb，2%Tm

Fig.2 SEM images of NaGd（MoO4）2 samples under different doping concentrations

图3 NaGd（MO4）2∶Yb3+/Tm3+荧光粉在400~700 nm的发射光谱，激发光为980 nm

Fig.3 Emission spectra of NaGd（MO4）2∶Yb3+/Tm3+ phosphors at 400~700 nm， excitation light at 980 nm NaGd（MO4）2∶6%Yb，0Tm， NaGd（MO4）2∶W6%Yb，0.5%Tm， NaGd（MO4）2∶6%Yb，1%Tm， NaGd（MO4）2∶6%Yb，2%Tm

图4 NaGd（MO4）2∶Yb3+/Tm3+荧光粉的色度图a. NaGd（MO4）2∶6%Yb，0Tm； b.NaGd（MO4）2∶6%Yb，0.5%Tm； c.NaGd（MO4）2∶6%Yb，1%Tm； d.NaGd（MO4）2∶6%Yb，2%Tm

Fig.4 Chromaticity diagram of NaGd （MO4）2∶Yb3+/Tm3+ Phosphor

表2 Tm/Yb掺杂的NaGd（MoO4）2的色坐标

Table 2 Color coordinates of Tm/Yb doped NaGd（MoO4）2

Sample	Color coordinates（x，y）
（a） NaGd（MO₄）₂∶6Yb/0Tm	（0.265 3，0.174 2）
（b） NaGd（MO₄）₂∶6Yb/0.5Tm	（0.214 2，0.124 4）
（c） NaGd（MO₄）₂∶6Yb/1Tm	（0.238 5，0.153 9）
（d） NaGd（MO₄）₂∶6Yb/2Tm	（0.279 3，0.150 2）

图5 Tm3+的能级跃迁图

Fig.5 Energy level transition diagram of Tm3+

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稀土Yb³⁺/Tm³⁺掺杂NaGd（MO₄）₂荧光粉的制备及其光致发光

Preparation and Upconversion Luminescence Study of Rare Earth Yb³⁺/Tm³⁺ Doped NaGd（MO₄）₂ Phosphors

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