Mg2+摻雜Zn2SiO4:Mn2+的溶膠-凝膠法合成及真空紫外發光特性研究*
2010-09-08 06:05:08劉吉地王育華
物理學報 2010年5期
劉吉地 王育華
(蘭州大學物理科學與技術學院，蘭州730000)
(2009年8月3日收到;2009年9月23日收到修改稿)
Mg2+摻雜Zn2SiO4:Mn2+的溶膠-凝膠法合成及真空紫外發光特性研究*
劉吉地 王育華?
(蘭州大學物理科學與技術學院，蘭州730000)
(2009年8月3日收到;2009年9月23日收到修改稿)
采用溶膠-凝膠法(sol-gel method)于不同氣氛條件下成功合成了Zn1.92－xMgxSiO4:0.08Mn2+(0≤x≤0.12)系列粉末樣品.利用X射線衍射(XRD)、光致發光(PL)譜等分析手段對Zn1.92－xMgxSiO4:0.08Mn2+系列熒光粉的結構、晶胞參數、發光性能進行了表征.結果表明:Zn1.92－xMgxSiO4:0.08Mn2+樣品中摻雜的Mg2+取代了Zn2+離子格位并形成MgO4四面體，由于MgO4基團約在154nm處有吸收，摻雜適量Mg2+提高了樣品的發光強度，Mg最佳摻雜濃度約為0.06 mol;熱處理氣氛顯著影響熒光粉的發光強度，前驅體在N2保護氣氛下于1100℃保溫4 h，緩冷至900℃于N2(95%)+H2(5%)的還原氣氛下進行熱處理，得到的系列熒光粉發光強度最強;經低溫還原熱處理所得最佳樣品Zn1.86Mg0.06SiO4:0.08Mn2+的發光強度是商用粉的105%，衰減時間(3.89 ms)較商用粉縮短了1.33 ms.
Mg2+摻雜，Zn2SiO4:Mn2+，溶膠-凝膠法，真空紫外(VUV)
PACC:7855E，7855，3320N
1. 引言
等離子體顯示器(PDP)因具有亮度均勻、視角廣闊、畫面響應速度快、綠色環保、重量輕等優點，成為優秀的視頻顯示設備和高清晰度電視的最佳顯示屏幕［1—2］.PDP的性能和效率與其使用材料熒光粉［3—7］密切相關，Zn2SiO4作為發光基質，是一類含有有限硅氧基團的正硅酸鹽，硅和鋅兩種原子分別以SiO4基團和ZnO4四面體的配位形式存在于該結構中.錳摻雜Zn2SiO［8—12］4中，Mn2+取代了Zn2+的位置形成發光中心，得到發光效率高、化學穩定性好、色純度佳的綠色熒光粉，被廣泛應用于等離子體顯示器與無汞熒光燈等顯示照明器件上. Zn2SiO4:Mn2+作為商用真空紫外發光材料引起了世界各國研究者的普遍關注，然而由于Mn2+的4T1→6A1躍遷是自旋和宇稱雙重禁戒，導致該熒光粉的余輝時間較長，還達不到顯示顯像技術的要求(<5 ms)，容易在顯示中產生拖尾，影響畫質，制約了其在PDP中的應用.
近年來，為了進一步改善Zn2SiO4:Mn2+的發光性能，Barthou等［13］提出增加激活劑離子Mn2+的濃度可以縮短熒光粉的余輝時間，但提高Mn2+濃度同時會降低熒光粉的發光強度.Pappalardo等［14—17］發現在基質中摻雜一些其他金屬離子(Cr3+，Cd2+，Fe2+，Gd3+，Ba2+，Ga3+等)可改變熒光粉的發光強度和余輝時間，但效果并不明顯.如摻雜Cr3+，Ba2+金屬離子雖能縮短熒光粉的余輝時間，同時卻降低了發光強度;Cd2+，Fe2+的摻入使發光減弱、余輝延長;Ga3+在提高發光強度的同時，卻延長了熒光粉的余輝時間.基于上述原因，亟需尋求一種或多種摻雜離子，既能明顯提高熒光粉的發光強度，又能有效縮短其余輝時間.由于Mg2+和Zn2+的離子半徑比較接近(Zn2+為0.074nm，Mg2+為0.072nm)，MgO4基團的吸收能量約為8.1eV(154nm)，和激活劑Mn2+之間可能會存在能量傳遞，故考慮在硅酸鋅基質中摻雜Mg2+［18］，通過調整Mg2+摻雜濃度考察其對熒光粉發光強度和衰減時間的影響，并對Mg2+摻雜硅酸鋅熒光粉發光性能的變化機理進行深入地探討.另一方面，Zn2SiO4:Mn2+熒光粉的性能與其制備工藝有關［10］，發光材料的制備通常采用高溫固相反應法(solid state reaction method)，由于反應溫度高，晶粒尺寸大、晶粒形狀不規則，尺寸分布范圍廣等缺點，在很大程度上降低了材料的發光性能［12］.溶膠-凝膠法作為近年來發展起來的一種新的濕化學合成方法［10，19］，其熱處理溫度比高溫固相反應溫度低，產品的純度高，均勻性好，因此有著廣闊的應用前景.此外，溶膠-凝膠法所得樣品的后續熱處理工藝和氣氛環境對熒光粉的發光性能影響較大，較之空氣環境，N2保護或H2還原氣氛(防止Mn2+被氧化成Mn4+等高價態，使發光中心Mn2+離子的數量得到有效保證)均能明顯提高樣品的發光強度.鑒于成分配比和合成工藝對熒光粉性能的影響，為了進一步提高熒光粉發光強度和縮短余輝時間，在前期工作的基礎上［17，18，20，21］，本文首次將Mg2+摻雜、溶膠-凝膠法和不同氣氛熱處理(N2保護、95%N2+5%H2還原)等有效手段結合起來，合成了Mg2+摻雜Zn2SiO4:Mn2+系列熒光粉，并系統研究了其真空紫外(VUV)發光特性.
2. 實驗
本實驗以Zn(NO3)2·6H2O(99%)，Mg (NO3)2·6H2O(99%)，Mn(CH3COO)2·4H2O (99%)和Si(C2H5O)4(SiO2含量為28.0%)為初始原料，按化學計量比Zn1.92－xMgxSiO4:0.08Mn2+(0≤x≤0.20)用電子天平精確稱取適量初始原料，首先在正硅酸乙酯中加入適量乙醇形成TEOS的乙醇溶液，然后將硝酸鋅、醋酸錳、硝酸鎂等初始原料置入TEOS的乙醇溶液中，超聲波分散下形成均勻的混合溶液，緩慢滴加稀氨水，經不斷攪拌后形成半透明的溶膠，然后在空氣中靜置1—2 d形成凝膠，將凝膠于110℃烘箱中烘干，然后將干凝膠研成粉末分別于管式爐不同氣氛下進行熱處理:1)空氣環境下于1100℃保溫4 h;2)N2保護氣氛下于1100℃保溫4 h;3)N2保護氣氛下先于1100℃保溫4 h，隨后緩冷至900℃于95%N2+5%H2還原氣氛下保溫1 h.以上樣品最后均隨爐冷卻至室溫經研磨便得到白色粉末樣品，即為Zn1.92－xMgxSiO4:0.08Mn2+系列樣品.
粉末樣品的物相采用Rigaku D/max–2400型X射線粉末衍射儀進行檢測，工作條件為40 kV/ 60mA，X射線發生器采用CuKα，射線束波長為1.54178，掃描步進為0.02°，掃描范圍為10—80°. VUV性質通過FLS920T分光光度計和VM504真空紫外單色器進行測試，其激發光譜通過水楊酸鈉在相同的測試條件下進行校正.
3. 結果與討論
3.1. XRD結果分析
采用溶膠-凝膠法于管式爐不同氣氛下制備的Mg2+摻雜系列樣品，經XRD檢測均為硅酸鋅單相.圖1給出了Zn1.92－xMgxSiO4:0.08Mn2+(0≤x≤0.10)在還原氣氛3)下所得系列樣品的X射線衍射圖譜，通過XRD分析可知所得系列樣品衍射峰形一致，指標化后均為六方硅酸鋅(willemite)單相，與標準卡片JCPDS 37－1485符合得很好.由圖可見，隨著鎂元素摻雜量的增加，沒有出現雜質峰，這主要是由于鎂橄欖石Mg2SiO4和硅鋅礦Zn2SiO4部分互溶，在摻雜少量的Mg2+離子時，Mg2+可進入Zn2+格位形成固溶體.圖2給出了Zn1.92－xMgxSiO4: 0.08Mn2+(0≤x≤0.10)系列樣品的晶胞參數(a，c)隨Mg2+濃度變化曲線.從圖中可看出，在x≤0.10時，隨著Mg2+濃度的增大，樣品的晶胞參數a和c值都呈減小的趨勢，這主要是由于Zn2+和Mg2+的半徑非常接近(Zn2+為0.074nm，Mg2+為0.072nm)［22］，同時也表明Mg2+摻雜系列樣品中Mg2+取代了Zn2+的位置進入Zn2+的格點.
3.2. Zn1.92－xMgxSiO4:0.08Mn2+(0真空紫外激發過程分為發光中心的直接激發和基質晶格將部分能量傳遞給發光中心的間接激發，圖3是在525nm監控下Zn1.92SiO4:0.08Mn2+和Zn1.86Mg0.06SiO4:0.08Mn2+熒光粉的激發光譜(100—300nm).從圖中可看出，光譜(a)主要是由位于158nm，174nm，191nm，245nm和275nm的激發帶構成.根據文獻報道［23］，位于158nm處的激發峰屬于［ZnO4］基團的吸收;位于174nm處的激發峰可歸屬于［SiO4］基團的吸收;位于191nm的激發峰是屬于Mn2+的3d5→3d44s躍遷吸收［24］;位于245nm的激發峰主要屬于Mn2+－O2－電荷轉移躍遷吸收，位于275nm的吸收峰屬于Mn2+內部的基態能級6A1向4A2(4F)的躍遷［25］.根據Dexter［26，27］理論，從130nm到200nm的光譜重疊可看出樣品在真空紫外區存在從基質到Mn2+的能量傳遞，能量是通過交換作用傳遞的.較之光譜(a)，光譜(b)中位于158nm處的激發峰明顯增強，光譜強度的增加可歸屬于MgO4基團的吸收［28］，并且根據130—220nm的光譜重疊，可知MgO4基團和發光中心Mn2+離子之間存在有效的能量傳遞［26，27］.
圖1 不同Mg2+摻雜濃度Zn1.92－xMgxSiO4:0.08Mn(0≤x≤0.10)的XRD圖
圖2 Zn1.92－xMgxSiO4:0.08Mn2+(0≤x≤0.10)粉末樣品的晶胞參數隨Mg2+濃度的變化關系
圖3 Zn1.92SiO4:0.08Mn2+(a)和Zn1.86Mg0.06SiO4:0.08Mn2+(b)的激發光譜
熒光粉的發光強度會隨熱處理氣氛、摻雜離子濃度的不同而發生變化，圖4給出了不同煅燒氣氛下Zn1.92－xMgxSiO4:0.08Mn2+(0≤x≤0.12)系列樣品的發光強度隨Mg2+濃度的變化關系.從圖中可看出N2保護和低溫還原兩種氣氛下所得樣品的發光強度明顯高于空氣環境下制備的樣品，經過低溫還原處理的樣品的發光強度最強，略高于只用N2保護氣氛.這是因為在Zn1.92－xMgxSiO4:0.08Mn2+系列熒光粉的制備過程中，發光中心Mn2+容易被氧化成Mn4+等高價態，使用N2保護可部分防止Mn2+的氧化，使用還原氣氛可使Mn4+還原為Mn2+，成為有效的綠色發光中心，當發光中心Mn2+的數目越多，其發光強度就越強.此外，在相同煅燒氣氛下，摻雜適量的Mg2+離子可以提高熒光粉的發光強度，開始隨著x的增加樣品的發光強度逐漸增強，約在x= 0.06處達到最大值;當Mg摻雜濃度x>0.06時，樣品的發光強度隨著x的增加而逐漸下降，因此Mg的最佳摻雜濃度為0.06mol.摻雜適量Mg2+離子后，樣品的發光強度有明顯的提高，主要歸因于MgO4基團能夠吸收VUV光子，并將能量有效地傳遞給發光中心Mn2+.
圖5是熒光粉單摻錳樣品(a)Zn1.92SiO4: 0.08Mn2+，(b)商用粉和Mn2+，Mg2+共摻發光最佳樣品(c)Zn1.86Mg0.06SiO4:0.08Mn2+在147nm激發下的發射光譜.從圖中可看出三個樣品的最強發射峰為位于527nm處的寬帶峰，屬于Mn2+的3d電子組態內自旋禁戒的4T1→6A1躍遷發射.摻雜Mg2+離子后樣品的發光強度有明顯的提高，Zn1.86Mg0.06SiO4:0.08Mn2+熒光粉的發光強度比樣品Zn1.92SiO4:0.08Mn2+提高了13%，是商用粉發光強度的105%.
圖4 不同氣氛下Zn1.92－xMgxSiO4:0.08Mn2+(0≤x≤0.12)樣品中Mg2+濃度與發光強度的關系
圖5 樣品(a)Zn1.92SiO4:0.08Mn2+，(b)商用粉和(c)Zn1.86Mg0.06SiO4:0.08Mn2+在147nm激發下的發射光譜
對于發光材料而言，色坐標是衡量其色質好壞的一個重要參數.表1列出了Zn1.92－xMgxSiO4: 0.08Mn2+(0≤x≤0.12)系列樣品的色坐標值(x，y).由表可知，Mg2+離子的少量引入沒有對Zn1.92SiO4:0.08Mn2+熒光粉的色坐標及色純度產生明顯影響.圖6給出了熒光粉Zn1.92SiO4:0.08Mn2+和Zn1.86Mg0.06SiO4:0.08Mn2+的色坐標在CIE 1931色品圖中的位置.由圖知摻雜Mg2+離子后，熒光粉的色坐標基本沒變，能夠完全滿足顯示顯像技術的要求.
表1 Zn1.92－xMgxSiO4:0.08Mn2+(0≤x≤0.12)系列熒光粉的色坐標值
圖6 熒光粉(a)Zn1.92SiO4:0.08Mn2+和(b)Zn1.86Mg0.06SiO4: 0.08Mn2+的色坐標
3.3. 熒光粉衰減曲線分析
除了發光強度、色純度外，發光材料的余輝時間對于其在顯示器件上的應用有著至關重要的制約作用.圖7給出了商用粉、樣品Zn1.92SiO4: 0.08Mn2+和Zn1.86Mg0.06SiO4:0.08Mn2+在147nm激發下以525nm為監控的衰減曲線.衰減曲線可利用下式進行擬合:
擬合后三樣品的τ1/e余輝時間分別為:(a)5.22 ms，(b)4.23 ms和(c)3.89 ms.其中商用粉的余輝時間最長，約為5.22 ms;Mg摻雜樣品Zn1.86Mg0.06SiO4:0.08Mn2+的余輝時間最短，比商用粉余輝時間縮短了1.33 ms.這是由于樣品中摻雜Mg2+后，由于Mg2+和Mn2+之間存在能量傳遞以致熒光粉余輝的衰減速度加快，即余輝時間縮短.
圖7 樣品(a)商用粉，(b)Zn1.92SiO4:0.08Mn2+和(c)Zn1.86Mg0.06SiO4:0.08Mn2+的衰減曲線
4. 結論
采用溶膠-凝膠法于不同煅燒氣氛下制備的Mg2+摻雜系列樣品，經XRD檢測均為硅酸鋅單相. Zn1.92SiO4:0.08Mn2+樣品中摻雜適量Mg2+，提高了樣品的發光強度，這是由于MgO4基團能夠吸收VUV光子，并將能量有效地傳遞給發光中心Mn2+，Mg2+最佳摻雜濃度為0.06 mol.不同熱處理氣氛對熒光粉的發光強度有很大影響，氮氫混合氣氛下制備的熒光粉發光強度最強，其中Mg2+摻雜最佳樣品Zn1.86Mg0.06SiO4:0.08Mn2+的發光強度是商用粉的105%，相對Zn1.92SiO4:0.08Mn2+提高了13%，衰減時間(3.89 ms)比商用粉(5.22 ms)縮短了1.33 ms.
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*Project supported by the National Natural Science Foundation of China(Grant No.10874061)and the Industry and Research by the Ministry of Education and Guangdong Province(Grant No.0712226100023).
?Corresponding author.E-mail:wyh@lzu.edu.cn
Synthesis and luminescent properties of Mg2+doped Zn2SiO4:Mn2+phosphor under VUV excitation*
Liu Ji-Di Wang Yu-Hua?
(School of Physical Science and Technology，Lanzhou University，Lanzhou730000，China)
(Received 3 August 2009;revised manuscript received 23 September 2009)
A series of phosphors of Zn1.92－xMgxSiO4:0.08Mn(0≤x≤0.12)were successfully synthesized at various heating atmosphere via sol-gel method.The structure and luminescent properties of the samples were characterized by X-ray diffractometer(XRD)and the FLS920T Spectrophotometer，respectively.The results indicated that in the Zn1.92SiO4: 0.08Mn system，the Mg2+doped could substitute for the Zn2+site and result in the decrease of lattice parameters.The absorption band of the MgO4cluster was located at about 154nm in vacuum ultraviolet region.Mg2+ion doping has favorable influence on the photoluminescence properties of Zn2SiO4:Mn2+，the optimum concentration of Mg2+being 0.06 mol under 147nm excitation.The emission intensity of Zn1.92－xMgxSiO4:0.08Mn2+phosphors calcined in the mixture of nitrogen and hydrogen were stronger than those of the phosphors calcined in other heating atmospheres，and the emission intensity of Zn1.86Mg0.06SiO4:0.08Mn2+calcined in the mixture of N2and H2was 113%of that of Zn1.92SiO4:0.08Mn2+，being 5%higher than that of commercial phosphor.After Mg2+doping the decay time of phosphor was much shortened and the decay time of Zn1.86Mg0.06SiO4:0.08Mn2+was 3.89 ms，which was shorter by 1.33 ms than that of commercial product.
Mg2+doped，Zn2SiO4:Mn2+，sol-gel method，vacuum ultraviolet(VUV)
book=114,ebook=114
10.1016/ j.cie.2009.05.008
*國家自然科學基金(批準號:10874061)，廣東省教育部產學研結合項目(批準號:0712226100023)資助的課題.
?通訊聯系人.E-mail:wyh@lzu.edu.cn
真空紫外激發過程分為發光中心的直接激發和基質晶格將部分能量傳遞給發光中心的間接激發，圖3是在525nm監控下Zn1.92SiO4:0.08Mn2+和Zn1.86Mg0.06SiO4:0.08Mn2+熒光粉的激發光譜(100—300nm).從圖中可看出，光譜(a)主要是由位于158nm，174nm，191nm，245nm和275nm的激發帶構成.根據文獻報道［23］，位于158nm處的激發峰屬于［ZnO4］基團的吸收;位于174nm處的激發峰可歸屬于［SiO4］基團的吸收;位于191nm的激發峰是屬于Mn2+的3d5→3d44s躍遷吸收［24］;位于245nm的激發峰主要屬于Mn2+－O2－電荷轉移躍遷吸收，位于275nm的吸收峰屬于Mn2+內部的基態能級6A1向4A2(4F)的躍遷［25］.根據Dexter［26，27］理論，從130nm到200nm的光譜重疊可看出樣品在真空紫外區存在從基質到Mn2+的能量傳遞，能量是通過交換作用傳遞的.較之光譜(a)，光譜(b)中位于158nm處的激發峰明顯增強，光譜強度的增加可歸屬于MgO4基團的吸收［28］，并且根據130—220nm的光譜重疊，可知MgO4基團和發光中心Mn2+離子之間存在有效的能量傳遞［26，27］.
圖1 不同Mg2+摻雜濃度Zn1.92－xMgxSiO4:0.08Mn(0≤x≤0.10)的XRD圖
圖2 Zn1.92－xMgxSiO4:0.08Mn2+(0≤x≤0.10)粉末樣品的晶胞參數隨Mg2+濃度的變化關系
圖3 Zn1.92SiO4:0.08Mn2+(a)和Zn1.86Mg0.06SiO4:0.08Mn2+(b)的激發光譜
熒光粉的發光強度會隨熱處理氣氛、摻雜離子濃度的不同而發生變化，圖4給出了不同煅燒氣氛下Zn1.92－xMgxSiO4:0.08Mn2+(0≤x≤0.12)系列樣品的發光強度隨Mg2+濃度的變化關系.從圖中可看出N2保護和低溫還原兩種氣氛下所得樣品的發光強度明顯高于空氣環境下制備的樣品，經過低溫還原處理的樣品的發光強度最強，略高于只用N2保護氣氛.這是因為在Zn1.92－xMgxSiO4:0.08Mn2+系列熒光粉的制備過程中，發光中心Mn2+容易被氧化成Mn4+等高價態，使用N2保護可部分防止Mn2+的氧化，使用還原氣氛可使Mn4+還原為Mn2+，成為有效的綠色發光中心，當發光中心Mn2+的數目越多，其發光強度就越強.此外，在相同煅燒氣氛下，摻雜適量的Mg2+離子可以提高熒光粉的發光強度，開始隨著x的增加樣品的發光強度逐漸增強，約在x= 0.06處達到最大值;當Mg摻雜濃度x>0.06時，樣品的發光強度隨著x的增加而逐漸下降，因此Mg的最佳摻雜濃度為0.06mol.摻雜適量Mg2+離子后，樣品的發光強度有明顯的提高，主要歸因于MgO4基團能夠吸收VUV光子，并將能量有效地傳遞給發光中心Mn2+.
圖5是熒光粉單摻錳樣品(a)Zn1.92SiO4: 0.08Mn2+，(b)商用粉和Mn2+，Mg2+共摻發光最佳樣品(c)Zn1.86Mg0.06SiO4:0.08Mn2+在147nm激發下的發射光譜.從圖中可看出三個樣品的最強發射峰為位于527nm處的寬帶峰，屬于Mn2+的3d電子組態內自旋禁戒的4T1→6A1躍遷發射.摻雜Mg2+離子后樣品的發光強度有明顯的提高，Zn1.86Mg0.06SiO4:0.08Mn2+熒光粉的發光強度比樣品Zn1.92SiO4:0.08Mn2+提高了13%，是商用粉發光強度的105%.
圖4 不同氣氛下Zn1.92－xMgxSiO4:0.08Mn2+(0≤x≤0.12)樣品中Mg2+濃度與發光強度的關系
圖5 樣品(a)Zn1.92SiO4:0.08Mn2+，(b)商用粉和(c)Zn1.86Mg0.06SiO4:0.08Mn2+在147nm激發下的發射光譜
對于發光材料而言，色坐標是衡量其色質好壞的一個重要參數.表1列出了Zn1.92－xMgxSiO4: 0.08Mn2+(0≤x≤0.12)系列樣品的色坐標值(x，y).由表可知，Mg2+離子的少量引入沒有對Zn1.92SiO4:0.08Mn2+熒光粉的色坐標及色純度產生明顯影響.圖6給出了熒光粉Zn1.92SiO4:0.08Mn2+和Zn1.86Mg0.06SiO4:0.08Mn2+的色坐標在CIE 1931色品圖中的位置.由圖知摻雜Mg2+離子后，熒光粉的色坐標基本沒變，能夠完全滿足顯示顯像技術的要求.
表1 Zn1.92－xMgxSiO4:0.08Mn2+(0≤x≤0.12)系列熒光粉的色坐標值
圖6 熒光粉(a)Zn1.92SiO4:0.08Mn2+和(b)Zn1.86Mg0.06SiO4: 0.08Mn2+的色坐標
3.3. 熒光粉衰減曲線分析
除了發光強度、色純度外，發光材料的余輝時間對于其在顯示器件上的應用有著至關重要的制約作用.圖7給出了商用粉、樣品Zn1.92SiO4: 0.08Mn2+和Zn1.86Mg0.06SiO4:0.08Mn2+在147nm激發下以525nm為監控的衰減曲線.衰減曲線可利用下式進行擬合:
擬合后三樣品的τ1/e余輝時間分別為:(a)5.22 ms，(b)4.23 ms和(c)3.89 ms.其中商用粉的余輝時間最長，約為5.22 ms;Mg摻雜樣品Zn1.86Mg0.06SiO4:0.08Mn2+的余輝時間最短，比商用粉余輝時間縮短了1.33 ms.這是由于樣品中摻雜Mg2+后，由于Mg2+和Mn2+之間存在能量傳遞以致熒光粉余輝的衰減速度加快，即余輝時間縮短.
圖7 樣品(a)商用粉，(b)Zn1.92SiO4:0.08Mn2+和(c)Zn1.86Mg0.06SiO4:0.08Mn2+的衰減曲線
4. 結論
采用溶膠-凝膠法于不同煅燒氣氛下制備的Mg2+摻雜系列樣品，經XRD檢測均為硅酸鋅單相. Zn1.92SiO4:0.08Mn2+樣品中摻雜適量Mg2+，提高了樣品的發光強度，這是由于MgO4基團能夠吸收VUV光子，并將能量有效地傳遞給發光中心Mn2+，Mg2+最佳摻雜濃度為0.06 mol.不同熱處理氣氛對熒光粉的發光強度有很大影響，氮氫混合氣氛下制備的熒光粉發光強度最強，其中Mg2+摻雜最佳樣品Zn1.86Mg0.06SiO4:0.08Mn2+的發光強度是商用粉的105%，相對Zn1.92SiO4:0.08Mn2+提高了13%，衰減時間(3.89 ms)比商用粉(5.22 ms)縮短了1.33 ms.
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*Project supported by the National Natural Science Foundation of China(Grant No.10874061)and the Industry and Research by the Ministry of Education and Guangdong Province(Grant No.0712226100023).
?Corresponding author.E-mail:wyh@lzu.edu.cn
Synthesis and luminescent properties of Mg2+doped Zn2SiO4:Mn2+phosphor under VUV excitation*
Liu Ji-Di Wang Yu-Hua?
(School of Physical Science and Technology，Lanzhou University，Lanzhou730000，China)
(Received 3 August 2009;revised manuscript received 23 September 2009)
A series of phosphors of Zn1.92－xMgxSiO4:0.08Mn(0≤x≤0.12)were successfully synthesized at various heating atmosphere via sol-gel method.The structure and luminescent properties of the samples were characterized by X-ray diffractometer(XRD)and the FLS920T Spectrophotometer，respectively.The results indicated that in the Zn1.92SiO4: 0.08Mn system，the Mg2+doped could substitute for the Zn2+site and result in the decrease of lattice parameters.The absorption band of the MgO4cluster was located at about 154nm in vacuum ultraviolet region.Mg2+ion doping has favorable influence on the photoluminescence properties of Zn2SiO4:Mn2+，the optimum concentration of Mg2+being 0.06 mol under 147nm excitation.The emission intensity of Zn1.92－xMgxSiO4:0.08Mn2+phosphors calcined in the mixture of nitrogen and hydrogen were stronger than those of the phosphors calcined in other heating atmospheres，and the emission intensity of Zn1.86Mg0.06SiO4:0.08Mn2+calcined in the mixture of N2and H2was 113%of that of Zn1.92SiO4:0.08Mn2+，being 5%higher than that of commercial phosphor.After Mg2+doping the decay time of phosphor was much shortened and the decay time of Zn1.86Mg0.06SiO4:0.08Mn2+was 3.89 ms，which was shorter by 1.33 ms than that of commercial product.
Mg2+doped，Zn2SiO4:Mn2+，sol-gel method，vacuum ultraviolet(VUV)
book=114,ebook=114
10.1016/ j.cie.2009.05.008
*國家自然科學基金(批準號:10874061)，廣東省教育部產學研結合項目(批準號:0712226100023)資助的課題.
?通訊聯系人.E-mail:wyh@lzu.edu.cn
