靜電紡絲法制備NaSrBO3：5%Eu3+納米纖維及發光特性

張渤琦 李 霜*

（長春理工大學理學院，吉林 長春130022）

1 概述

近幾年，稀土發光材料在照明、顯示和光通信等領域中獲得了廣泛的研究與應用[1,2]。第四代WLED 光源具有效率高、使用壽命長和環保等優點，是傳統白熾燈和熒光燈的理想替代品[3]。它是通過“熒光轉換”來實現的，這標志著白光可以由黃色的Y3Al5O12：Ce3+（YAG：Ce）熒光粉封裝在藍色（460nm）InGaN 芯片上來實現。然而由于其光譜中缺乏紅光部分，所呈現出的“冷白”光具有低的顯色指數（CRI＜80）[4-5]。因此，這些缺點限制了它作為照明光源的廣泛商業化。所以紅色的熒光材料引起了研究者們的熱潮[6-8]。三價Eu3+稀土離子的特征發射在615nm 左右，可以有效的彌補白光中缺乏的紅光部分。

靜電紡絲法是可以直接并且連續制備聚合物納米纖維的工藝方法[9-10]，具有易操作，效率高，可控性高等優點，其制備的一維納米纖維具有合成條件低、性能優越等特點，成為制備稀土發光材料的重要方法之一[11-12]。

在本文中，我們利用靜電紡絲技術結合高溫煅燒工藝制備了NaSrBO3：5%Eu3+納米纖維，對合成產物的結構、形貌及發光特性進行了研究。

2 實驗

2.1 實驗原料

硝酸鈉（NaNO3，99%，阿拉丁試劑）；硝酸鍶（Sr（NO3）2，99%，阿拉丁試劑）；硝酸銪（Eu （NO3）3，99.9%，阿拉丁試劑）；硼酸（H3BO3，99.5%，北京化工廠）;（聚乙烯基吡咯烷酮PVP，99%，阿拉丁試劑）；以上試劑均未進一步純化。

2.2 NaSrBO3：5%Eu3+納米纖維的制備

采用靜電紡絲技術和高溫燒結工藝對NaSrBO3：5%Eu3+納米纖維進行了制備。具體制備流程如圖1 所示。將NaNO3、Sr（NO3）2、H3BO3和Eu（NO3）3試劑按Na：Sr：B：Eu=1：1：1：0.05 摩爾比進行稱量，將混合后的粉末加入2ml 去離子水中，加熱至60℃并攪拌至完全溶解。稱取0.5g 的PVP，加入到5.5ml 無水乙醇中溶解。將兩種溶液混合攪拌5h，靜置5h 以去除溶液中的氣泡。電紡條件為電壓12kV，針尖與集電極之間的距離為15cm。為進一步得到NaSrBO3：5%Eu3+無機纖維，將電紡原絲在120℃烘箱中烘干2h，然后置于管式爐中退火。樣品在800℃下燒結2h，升溫速率為2℃/min，然后隨爐冷卻至室溫。

3 結果與討論

3.1 XRD 結果分析（圖2）

圖1NaSrBO3：5%Eu3+納米纖維制備流程示意圖

圖2 NaSrBO3：5% Eu3+納米纖維XRD 圖

結果表明，在800℃溫度下的XRD 峰與NaSrBO3標準卡[ISCD-172420]的XRD 峰一致。未見雜質衍射峰，說明纖維試樣在800℃燒結后結晶良好，形成NaSrBO3單斜晶相。

3.2 形貌表征

圖3 NaSrBO3：5%Eu3+樣品（a）原絲（b）退火800℃后的SEM 圖像

圖4 （a）NaSrBO3：5%Eu3+樣品的激發光譜（b）發射光譜

圖3（a）顯示了PVP/ [NaNO3+Sr（NO3）2+Eu（NO3）3+H3BO3]復合纖維的形貌圖片。從圖中可以清楚地看出，電紡產物是由許多長度較長的纖維組成，纖維的取向分布是隨機的。纖維的分布較為均勻，平均直徑為500nm 左右，長度相對較長，表面較為光滑，纖維之間沒有粘連。掃描電鏡下纖維沒有斷裂，說明纖維長度至少可達數十微米。圖3 （b）為800℃下電紡絲復合纖維試樣的SEM圖，結果表明，800℃燒結之后的樣品破壞原有的纖維形貌，纖維由大晶粒組成，說明溫度升高使該納米纖維晶粒生長，平均直徑800nm。

3.3 發光特性分析

NaSrBO3：5%Eu3+納米纖維在800℃退火處理后，在監測波長612nm 下的激發光譜如圖4（a）所示。結果表明，在350-500nm 的波長范圍內存在多個吸收峰，其中363nm、383nm、394nm、417nm和466nm 處的激發峰分別對應于Eu3+的7F0、1→5D4、7F0、1→5L7、7F0→5L6、7F1→5D3和7F0→5D2能級躍遷。最強的吸收峰位于394nm 處，來自7F0→5L6的能級躍遷，具有明顯的紫外和藍光吸收。圖4（b）分別為激發波長394nm 和466nm 處的發射光譜，在394nm 的 激 發 時，NaSrBO3：5%Eu3+納 米 纖 維 的 發 射 光 譜 在592nm、612nm、651nm 和702nm 處有發射峰，分別對應于Eu3+離子在5D0→7F1、5D0→7F2、5D0→7F3和5D0→7F4的能級躍遷。在激發波長466nm 的發射光譜結果表明，在612nm 處，Eu3+的主發射峰仍然是5D0→7F2能級躍遷。與紫外激發時相比，在發射光譜中702nm 處5D0→7F4的發射峰明顯增強。結果表明，NaSrBO3：5%Eu3+納米纖維表現出良好的紅光發射特性，對彌補白光LED 缺失的紅光部分有很大的潛力。

4 結論

本文采用靜電紡絲技術結合高溫煅燒工藝，成功制備了NaSrBO3：5%Eu3+納米纖維，樣品在800℃時結晶完好與標準卡片相一致，該樣品經過800℃燒結之后，樣品晶粒增大，表面變得粗糙，平均直徑為800nm。在394nm 和466nm 激發波長下，都表現出了Eu3+的5D0→7FJ（J=0,1,2,3,4）能級躍遷，樣品同時能夠被近紫外和藍光激發，主要發射由橙紅光轉變為紅光。這些結果表明，Eu3+摻雜的NaSrBO3納米纖維可在白光LED 熒光粉中具有廣闊的應用前景。