Ti<'4+>和Eu<'3+>单掺杂与共掺杂的M<,2>SnO<,4>(M=Ca,Sr,Ba)发光材料的制备及光谱性能研究

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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,Sr,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2.66μs,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3.7μs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2.83μs,其能量来源于O2-和Ti4+离子间的电荷迁移吸收;而Eu3+红色发光的寿命约为1275μs,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+5D0-7F1跃迁发射。当Eu3+离子的掺杂浓度较高时,Ti4+-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+-O2-和Eu3+发射能量均来源于Ti4+-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。
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