1、第23卷第5期2008年9月无机材料学报Journal of Inorganic MaterialsV0123，No5Sep，2008文章编号：1000-324X(2008)05-1045-04YAG：Ce纳米荧光粉发光的温度依赖特性张 觌，刘河洲，仵亚婷，胡文彬(上海交通大学金属基复合材料国家案点实验室，上海200240)摘要t用沉淀法制备了YAG：Ce纳米荧光粉。用x射线粉术衍射仪(XRD)、捆描电子显微镜(SEM)对粉体煅烧过程麴耱变纛形貌迸爨了表征。研究了80,400K范潼内，YAG：Ge纳米荧光粉发光穰衰减的滠度依赖特性结果袭瞬，嚣躯俸交纳拳鬏粒组成。900。C簸浇露，粉体鑫菲晶态宣
2、搂转变为YAG程。YAG：Ce静发毙强度随温廉的升高而减弱YAG：Ce纳米荧光粉的衰减包含两个指数项，长时间项反映了体裰Ce3+的荧光衰减，随着溆度的升高不断减小短时间项反映了表面Ce3+的荧光衰减，随着温度的升高呈下降趋势，由于受到表面效墩的影响，中间出现小幅的阶跃关键 调：衰减；YAG：Ce缡米荧光耪；激发依赖特性裳蠢效应中匿分类警：TB383 文黻檬谖码：ATemperature Dependence of Luminescence and Decay Timeof YAG：Ce NanophosphorZHANG X越，LIU He-Zhou，WE Ya-Ting，HU Wen-Bin
3、(State Key Laboratory of Metal Matrix Composites，Shanghm Jiao Tong University,Shanghm 200240，China)Abstract：Ce-doped Y3A15012(YAG：Ce)nanophosphor was synthesized by the co-precipitation methodX-ray powder diffraction(XRD)，Scanning electron microscope(SEM)were used to characterize thepowders。The temp
4、erature dependences of luminescence and decay time of YrAG：Ce nanophosphor wereinvestigated in the temperature range of 80-400KThe luminescence intensity decreases with the in-crease of temperatare，which is caused by the increase of the non-radiative relaxation rateThe decayof YAG：Ce contains two ex
5、ponential terms。the long component presents decay of Ce3+in the body,theshort component reflects decay of Ce3+Oil the surface。T鹣long component decreases with the increaseof temperature，while the short component shows intricate behavior，which results from effect of surfaceKey words：decay time；YAG：Ce
6、nanophosphor；temperature dependence；surface effect1引言铈掺杂钇铝石榴石q(YAG：Ce)粉体配合蓝光=极管【2】可作为高效率的白光光源这种光源与传统照瞬光源比较，具有体积小、能耗少、嚷澎快、寿命长及无污染等优点，荚有广阕的市场翦豢。隧着这种白光光源的推广，所戚用的外部环境也在扩展环境温度的变化对YAG：Ce荧光粉的发光特性有很大的影响。纳米粉体由予高的反应活性、低的缎烧温度溺，越来越受婺关注。现有懿鞣究报道主要集中在YAG：Ce单晶体14l和陶瓷5l发光相衰减对温度的依赖特性上，对YAG：Ce纳米粉体发光和衰减对温度酶袋赖特性研究步毒缀遭匿诧
7、，开展YAG：Ce纳米粉体发光和衰减的温度依赖特性的研究具有重要意义沉淀法【6，7】是一种常用的纳米粉体制备方法沉淀法在滚相中铡备前驱薅，各组分的含量可精确控裁反应组分可以在分子水平上混合均匀，降低了煅烧温度，缩短了煅烧时间，煅烧后的粉体不用研膦即可使用本工作用沉淀法制备了YAG：Ce纳米粉体，较为系统地分析和讨论了其发光和衰减的温度依蓑将毽。收稿日期， 2007-12-07，收到修潋稿日期：2008-0125俸者简介l 张觐(1981一)，男，撼士研究生。 E-mail：jhl3zhanghotmailcoin通讯联系人： 胡文彬。 E-mail：wbhu263。net1046 尤机材料学报
8、 23卷2实验21样品制备实验原料为Y203(9999)，Ce(N03)36H20(AR)、Al(N03)39H20(AR)和NH4HC03(AR)将Y203溶予磷酸，截或9。5molL钇溶液。Al(N03)39H20、Ce(N03)36H20溶于去离予水分别配成lmolL、005molL的溶液将溶液按Y297A15012：03Ce化学计量比量取并混合作为母盐溶液，总阳离子浓度为O24molL以3molL NH4HC03为沉淀剂，娜反趣演攘溺麓备翦躯搴。夏彝漕鸯翼是将母盐溶液漓入到沉淀剂中襁存在两种以上阳离子时，度向滴加能获得均匀程度更好的前驱体滴加同时不断磁力搅拌滴加结束后，室温陈化8h，抽
9、滤后用去离子承清洗翦驱体，霉用无承乙醇除承以减少隧聚。前驱体120。C予燥12h。研密詹，在氮氢混合气(氢气体积含量8)的弱还原气氛中1200。C煅烧3h得列所需的YAG：Ce粉体22样品表征采耀基本理学Rigaku酶DMax型X射线衍射仅(CuKa，A=I。5406nm)对粉体晶相组成遴行分析粉体形貌由FEISirion 200场发射扫描电子显微镜观测变温荧光和衰减测试在英国Edinburgh公司的FLS 920型荧光光谱仪上测得，测试湿度范隧80400K3结果和讨论31煅烧过程的辋转变钇锯石榴石fY3A15012)羼立方罴系，它的分子式结构可写成：LaB2(A04)3，箕中L，A，B分别代
10、表三种格位钇离子处于由8个氧离子配位的十二面体的L格位，铝离子处于Ell 6个氧离子配位的八嚣体的B格位裙4个氧离子聚位的四面体的A橼位。图1是不同温度煅烧粉体的XRD谱图，可以看到前躯体为非晶态900。C煅烧时，开始形成YAG相(JCPDS No330040)，图中所有的衍射峰来囱于YAG糨，没有YAM(YaAt209)、YAP fYAl03)磷等中间糨生成。沉淀法在分子水平对各组分进行混合，得爨酶豁俸或分均一性好，与圊摆法栏滋晶化温度大大降低32粉体形貌圈2为前躯体和不同温度煅烧粉体的SEM形貌。蠢隔可见，以碳酸氢铵为沉淀荆制备的前驱体颗粒近球形，尺寸在40nm左有虽然经过多次乙醇除水以减
11、弱团聚，但是由于小的尺寸导致颗粒檄易团聚经过800。C煅烧，粉体形貌和尺寸基本不变。 1200。C煅烧后，粉体略微长大3。3发光的温凄婊赖特性Ge3+在4，轨道只有一个电子4基态由予电子一轨道耦合分裂为2F72和2屁2两个能级，能量相差2200cm_1【11,12】5d能级是最邻近的激发能级，磁能级易受到鼹体场的影响耐发生劈裂，因总，溅一4，跃迂强烈依赣予骄处酶菇俸场环境5d_4，跃迁是字称选律和自旋选律允许的，所以Ce3十发射能级寿命很短，只有几十纳秒YAG：Ce的能级和能带示意图见图3【13】Ce3十的激发谱卜有三个吸收带分别位予230，340 j拜460nm，其中位于460nm附近露吸收
12、带最强ce辩的发射谱覆盖500一7()()nm选择1200。C 3h煅烧粉体，进行了变温荧光和衰减的测试。图4为小同测试温度下的发射光谱，图1不同温度煅烧粉体的XRD图谱Fig。l XRD patterns of powders calcined at differenttemperatures图2前躯体(a)和不同温度(800。C(b)，1200。C(c)煅烧粉体的SEM形貌Figt 2 SEM photographs of precursors(a)and powders calcined at 800。C(b)and 12000C(C)5期 张凯，等： YAG：Ce纳米荧光粉发光的温度依
13、赖特性 1047图5为发光强度随测试温度的变化曲线从图4、5霄知，隧着瀑发酶升高，粉体发光强度不断减小；当温度高于150K，开始出现明显的发光热猝灭，250K的发光强度仅为80K的6634衰减的温度依赖特性图6为80、200、400K下YAG：Ce荧光粉的衰减时闯谱。对衰减时阚谱遂撩拨合，需要嚣个捂数项，长时间项反应了体相中Ce3+的荧光衰减【14l，短时间项反应了粉体表面Cea+的荧光衰减【15】本Conductionbandk5dCe3+IeveI178nm 230rim 340rim 460nm4fI Valence II b锄d l图3 YAG：Ce毙级积魃带示意疆F逗。3 Schem
14、atic diagrazn of the energy level andband structure of YAG：Ce480 500 520 540 560 580 600 620 640Wavelengthnm图4 460nm激发，不同测试温度下的发射光谱Fig4 Emission spectra under the 460 nm excitationat different testing temperatures穹。蚤磊g芒TemperatureK图5 460nm激发，发射强度随测试温度的变化曲线Fig5 Emission intensity under the 460nm exci
15、tation勰a function of testing temperature方法制备的粉体出纳米颗粒组成的表面原子比例大。表露存在鹃缺陷使位手表面附近的ee3+衰减时阉比体相中酶愆图7为衰减时间随温度的变化曲线，长时间顼随着温度的升高而降低一般而亩，发光材料的衰减时阀可用式(1)裘示|16】：r=(住+。)一。 (1)竹和，分别为辐射和无辐射跃迁几率无辐射跃迁几率随着温度升高而增加【171，从而导致长时间项随着温度的井高丽降低。短时阕项随温度升高交镤：规律毙较复杂。纳米粉体申表面原子砉了缀大比重，表面对粉体的能级结构产生影响图8是考虑了表面对YAG：Ce能级影响绘制的YAG：Ce能级示意图
16、【18】，从圈中可以看到，表面附近导带深入到3+的激发态中，形成陷阱。陷阱能俘获受激载漉子，在热扰动下载流子霹劐繇激发能级，通过辐射跃迁回到基态载流子在陷阱中逗黧的时间可用式(2)估算【191：丁一l=sexp(一EkT) (2)暑姑瑟誊舢崩网6 80，200和400K测试温度下的袭减时间谱Fig6 Decay time spectra tested at 80，200 and 400KTeml，emmm聪网7衰减时间与测试温度的关系Fig7 Decay time as a function of testing tempera-ture骼鬟嚣舢蹲8蕊1048 无机材料学报 23卷Ceion图
17、8粉体表面对YAG：Ce能级结构的影响示意图Fig8 Depiction of the distortion of the energy levelstructure by the powder surfaceTempcratureK图9短时间项和长时间项占辐射中的比重Fig9 Ratios of the short and long components tothe total emissions是与温度无关的频率因子，E为陷阱深度一定温度下，有与其对应的陷阱深度，陷阱太深，载流子无法逃脱，太浅对衰减时间不会产生影响20这使得在某一温度下，有特定深度的陷阱对衰减起作用，延长衰减时间在升温过程
18、中，无辐射跃迁使衰减时间变短，而陷阱使衰减时间变长，两者相互竞争使得短时间项随着温度的升高呈下降趋势，但中间出现小幅的阶跃通过对衰减曲线拟合分析，计算了短时间项和长时间项占辐射强度的比重，绘制成图9从图9可以看到，随着温度的升高，短时间项的比重增加随着温度升高，载流子从陷阱释出的几率增大，更多的载流子参与辐射，使得短时间项占的比重增加4结论1)用反相滴加沉淀法制备了纳米级YAG：Ce前躯体，前躯体成分均一性好，900。C煅烧时直接转变为YAG：Ce相，没有其他杂相生成；2)YAG：Ce纳米粉体的发光强度随着温度升高而减弱当温度高于150K，开始出现明显的发光热猝灭；3)YAG：Ce衰减时间谱含
19、有两个指数项，长时间项反应了体相Ce3+的衰减，短时间项反应了表面Ce3+的衰减；4)随着温度升高，无辐射跃迁几率增大，衰减长时间项减小；短时间项，随着温度的升高呈下降趋势，由于受到表面效应的影响，中间出现小幅的阶跃致谢感谢上海交通大学分析测试中心在样品测试中给予的帮助参考文献Haranath D，Chander H，Sharma P，et a1ApplPhysLett，2006，89(17)：1731 1813Nakamura S，Mukai T，Senoh MApplPhysLeft，1994，64(13)：1687-1689Andrievski R AJMaterSci，1994，29(
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24、 He-Zhou， WU Ya-Ting， HU Wen-Bin作者单位： 上海交通大学,金属基复合材料国家重点实验室,上海,200240刊名： 无机材料学报英文刊名： JOURNAL OF INORGANIC MATERIALS年，卷(期)： 2008，23(5)被引用次数： 1次参考文献(20条)1.Haranath D.Chander H.Sharma P 查看详情 2006(17)2.Nakamura S.Mukai T.Senoh M 查看详情 1994(13)3.Andrievski R A 查看详情 1994(03)4.Ludziejewski T.Noszynski M.Kap
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