mn掺杂方解石的光致发光特性

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1、目录1引言12实验12.1试剂与仪器13结果与讨论2　3.1天然方解石和CaCO3:Mn荧光粉的XRD23.2CaCO3:Mn的发射光谱特性33.3不同浓度Mn掺杂量对CaCO3:Mn荧光粉发射光谱的影响44结论5参考文献6致谢77Mn掺杂方解石的光致发光特性摘要：采用高温固相法在空气中1340℃温度下，将方解石和MnCl2混合粉末加热后，迅速骤冷至室温制备了CaCO3:Mn新型发光材料。研究了光致发光特性。结果表明，样品在254nm左右紫外光激发下呈现橙红色荧光，在室温下对Mn掺杂方解石的光致发光特性进行了详细观察。254nm激发下产生的发射光谱中峰位位于603nm的

2、宽带属于Mn2+的4T1→6A1跃迁发射，640nm～700nm范围内出现648nm,683nm,688nm,发射峰并归属于天然方解石自身的发光特性。MnCl2掺杂的摩尔质量分数在0.1mol%～5mol%范围内，随着Mn掺杂量的增加，Mn激活方解石（CaCO3）的发光强度相应增强，当Mn的掺杂浓度1mol%时荧光粉的发射峰达到最大值,当MnCl2的摩尔质量分数为5mol%时荧光粉的猝灭度最强。关键词：天然方解石；CaCO3:Mn粉末样品；发射光谱；光致发光；71引言发光(luminescence),一般用来描述某些固体材料由于吸收能量而随之发生的发射光现象。随激发光源

3、类型的不同发光类型也不同。光致发光(photoluminescence)，简写为PL。这是用光激发产生的发光。Mn2+的3d电子组态处于离子的最外层，所以不同的基质材料即不同的晶体场结构对Mn2+自旋禁戒4T1-6A1跃迁的发光性能影响非常显著[1]。目前,利用Mn2+作为激活剂，已经合成出了从蓝色到红色的各色发光材料，材料体系主要有铝酸盐[2]﹑氧化物﹑硅酸盐[3]和硫化物等。方解石（CaCO3）是地球上广泛分布的一种碳酸盐矿物，属于三方晶系，被广泛地应用于颜料剂﹑干燥剂和焰火等领域，但是将其它应用于发光材料的报道还不多见。孙蓉等人[4]采用共沉淀-水热法合成了CaC

4、O3:Eu2+新型红色荧光粉，这就表明方解石是一种有前途的红色发光基质材料。本次研究的主要目的是为了充分利用我国丰富的矿产资源研制新型功能矿物材料，采用天然矿物方解石为基质合成出CaCO3:Mn新型红色荧光粉，探讨了荧光粉的发射谱以及，MnCl2掺杂浓度对荧光粉发光性能的影响。2实验2.1试剂与仪器产自于新疆库尔勒的方解石是由新疆师范大学新型发光材料与纳米微结构实验室提供的。该样品在日光下呈现无色透明状。掺杂MnCl2前使用玛瑙研钵把方解石研磨成粉末，然后分别按摩尔质量分数为0.1mol%，0.5mol%，1mol%，2.5mol%和5mol%的剂量称取MnCl2（纯度

5、为99.9%）混入白色方解石粉末中。混合物装入刚玉坩埚中，放入电炉于空气中1340℃下加热2h。加热后，把坩埚放在与金属盘上，使样品迅速骤冷至室温，得到Mn掺杂方解石（CaCO3）的粉末样品，该样品在短波长紫外光（253.7nm）照射下呈现明亮的橙红色荧光。整个光谱实验在新疆师范大学新型发光材料与纳米微结构实验站完成。光致发光特性由在新疆师范大学新型发光材料与纳米微结构实验室提供的FLS920荧光稳态/瞬态光谱仪测得。所有实验数据均在常温下测量。XRD实验是在新疆师范大学化学院完成。用X射线衍射仪器（D2PhaserBrukerAXS）来测得及晶体结构。73结果与讨论3

6、.1天然方解石和CaCO3:Mn荧光粉的XRD图1天然方解石与不同浓度MnCI2掺杂天然方解石的XRD谱图图1为天然方解石与采用高温固相法，1340℃温度烧结2h，制得的不同浓度MnCI2掺杂天然方解石的X射线衍射（XRD）谱图。图1中显示天然方解石与MnCl2掺杂天然方解石的浓度分别为1mol%,5mol%。将图1（a）中的天然方解石与标准粉末衍射卡片对比。发现天然方解石与标准卡片PDF43-0697吻合。并且是（Ca,Mg）CO3的结构。图1（b）CaCO3:Mn(1mol%)和图1（c）CaCO3:Mn(5mol%)荧光粉的晶体结构相似，而天然方解石中存在一些杂相

7、，制备荧光粉过程中杂相的含量减少。能成功的制备了三方晶系结构的CaCO3:Mn的荧光粉。73.2CaCO3:Mn2+的发射光谱特性图2Mn（1mol%）掺杂方解石（CaCO3）在254nm激发下的发射光谱图2（a）是Mn掺杂（1mol%）方解石（CaCO3）在254nm激发下的发射光谱。由图2(a)可知，Mn掺杂方解石在254nm激发下的发射光谱在500nm～700nm范围内的发射光谱由峰值在603nm处的宽带谱和648nm,683nm,688nm,峰值构成。阿吉木·阿不来，等人[5]观测了Mn掺杂无水芒硝（Na2SO4）在275nm的紫