掺铽的NaKLaNbO?荧光粉的发光特性及其在绿色发光应用中的潜力

《Current Applied Physics》：Luminescent properties of terbium doped NaKLaNbO 5 phosphors for green light emitting applications

绿色发光磷光体NaKLaNbO5:Tb3?通过固态反应法合成，研究其结构、形貌及发光性能。在287 nm激发下，Tb3?掺杂量从0.00增至0.10时，绿光发射强度显著提升且无浓度淬灭现象，色坐标变化微小，适用于LED和显示器中的绿光补色应用。

　　

T. Krishnapriya|Adon Jose|Arya Gopinath|Cyriac Joseph|P.R. Biju

印度喀拉拉邦科塔亚姆的马哈特玛·甘地大学纯与应用物理学院

摘要

通过固态反应方法合成了一系列新型的绿色发光NaKLa_(1-x)NbO₅: x Tb³⁺ (x = 0.00–0.10)荧光粉，这些荧光粉具有较高的激活剂临界浓度。研究了其结构、形态和发光特性。在287纳米的激发下，这些荧光粉表现出强烈的绿色发光。随着Tb³⁺浓度的增加，其光致发光性能得到了显著提升，且在最大浓度x = 0.10时仍未出现任何淬灭现象。不同浓度的Tb³⁺对NaKLaNbO₅荧光粉的CIE坐标影响不大。这种强度的单调增加而颜色特性基本不变的特性，使其非常适合用于非可调谐应用。具有强绿色发光的NaKLa_(1-x)NbO₅: x Tb³⁺荧光粉有望在白光LED和非可调谐显示器中得到广泛应用，以弥补发光材料中的绿色光谱缺口。

引言

在稀土激活发光材料领域的活跃研究对于光电子学以及各种生物医学和法医学应用的发展至关重要。人们对新型高效稀土激活发光材料的需求持续增长。近年来，基于不同稀土掺杂剂的许多发光材料已被开发出来。样品中的发光过程可以通过宿主晶格或杂质来实现。在大多数情况下，发光主要来自杂质，这类发光材料被广泛应用于各个领域。铌酸盐基体因其潜在的多功能性而成为稀土离子激活的理想选择，例如非线性晶体、荧光粉宿主、光催化剂、光调制器、声学换能器、光信息存储、压电、电光、离子导电和折射特性、铁电和介电性能等[1,2]。此外，铌酸盐还具有出色的性能，如强烈的直接激发带和较高的稀土离子临界浓度[3]。特别是对于荧光粉而言，铌氧化物通常具有较低的声子频率，这有助于减少非辐射跃迁的可能性，从而提高发光效率。因此，与其他基体（如硼酸盐和磷酸盐）相比，铌酸盐作为发光材料的宿主更具优势[4]。基于这些优势，我们选择了铌酸盐基体NaKLaNbO₅作为本研究中的荧光粉宿主。

通常，通式为NaKLaMO₅ (M = Nb, Ta)的材料属于氧化物家族和层状金属化合物。它们以四方结构结晶，空间群为P4/nmm[2]。尽管早期已有对NaKLaNbO₅晶体结构的详细研究，但其物理性质（尤其是作为荧光粉宿主的发光特性）仍需进一步探讨。在各种稀土离子激活剂中，Tb³⁺是一个有趣的候选者，因为它能产生强烈的绿色发光，这是由于⁵D₄ → ⁷F_{5等4f内级跃迁所致。在本研究中，由于La和Tb离子的价态和离子半径相似，预计Tb离子会取代La离子。因此，通过固态反应方法合成了一系列具有优异绿色发光特性的固溶体荧光粉。尽管这种宿主材料已在多种稀土掺杂条件下进行了研究，但为了充分发挥其潜力，仍需对其具体应用和掺杂浓度进行进一步优化。通过精心调整宿主材料的组成和结构，研究人员可以优化其发光性能以满足特定应用需求。}

实验部分

实验

用于合成NaKLa_(1-x)NbO₅: x Tb³⁺ (x = 0.00, 0.02, 0.04, 0.06, 0.08, 0.10)的原材料包括Na₂CO₃、K₂CO₃、La₂O₃、Nb₂O₅和Tb₄O₇，采用的方法是固态反应。按照化学计量比称量反应物，并在玛瑙研钵中研磨约1小时。然后将均匀混合物转移到石英坩埚中，在程序控制马弗炉中于750°C下烧结6小时。冷却后的产物...

XRD分析

所有制备样品的XRD图谱显示，材料具有明显的长期有序结晶结构，未检测到第二相。所有掺杂样品和纯样品的衍射峰与NaKLaNbO₅的标准衍射数据（ICSD # 94743）吻合良好，表明掺杂离子成功融入基体中，且未对初始相产生明显干扰。

结论

总之，通过高温固态反应方法制备了一系列活性强、不可调谐的绿色发光NaKLa_(1-x)NbO₅: x Tb³⁺ (x = 0.00–0.10)荧光粉，且未出现浓度依赖的淬灭现象。通过XRD分析确定了样品的相纯度，FTIR分析确定了样品中存在的各种官能团。研究表明，这些荧光粉在各种浓度下都能发出鲜艳的绿色光。

利益冲突声明

?作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

作者感谢印度大学资助委员会(UGC)和印度科技部(DST)通过特别援助计划(SAP) - 部门研究支持(DRS)（编号F.530/12/DRS/2009 (SAP-1)以及DST-PURSE P II (SR 417 & SR 416，日期2017年2月27日)项目提供的财务支持。同时，作者也感谢马哈特玛·甘地大学科塔亚姆分校的先进分析仪器设施(SAIF)提供的支持。