eu3+纳米晶的制备及发光性质研究

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1、万方数据第27卷，第4期2o7年4月光谱学与光谱分析Spectroscopy弛dSpectraIAmlysisV01．27，No．4，pp639—642April，2007ZnO：Eu3+纳米晶的制备及发光性质研究宋国利，孙凯霞，杨幼桐哈尔滨学院物理系，黑龙江哈尔滨150086，摘要为了探讨稀土Eu3+与纳米ZnO基质之间的能量传递，利用溶胶一凝胶法(sol—G毛1)制备了ZIl0：＆13+纳米晶，测量了样品的X射线衍射谱(Ⅺm)、光致发光谱(PL)和激发谱(PLE)。X射线衍射结果表明，Zn0：Eu3+具有六角纤锌矿晶体结构。观察到稀土Eu

2、3+强而窄的特征发射和Zn0基质弱而宽的可见发射。分析了稀土Eu3+激发态5Do一7F1，5Do一7F3和5D0—7F2特征发射机制。给出了Eu3+离子特征发射的峰值强度随掺Eu件浓度增加而增强的变化关系，证实了纳米Zn0基质与稀土Eu3+离子之间存在能量传递。比较了Eu3+离子5Do一7Fl磁偶极跃迁(MD)与5Do一7F2电偶极跃迁(ED)的相对强度，证实了在ZrlO纳米晶基质中大多数Eu3+占据了对称性较低的格位。关键词ZnO：Eu3+纳米晶；溶胶一凝胶法；光致发光中图分类号：0484文献标识码：A文章编号：1000—0593(2007

3、)04—0639一04引言1994年，Bhargava等首次报道了纳米Zns：^b的发光寿命从体材料的ms数量级缩短到纳米基质中的∞数量级，量子效率仍高达18％[1’2]。这种高效的新型发光材料可以在UD、平面显示等领域有着重要的应用价值，稀士或过渡金属离子掺杂的纳米发光材料开始得到关注睁81。ZnO是一种优良的直接宽带隙半导体发光材料(Eg=3．37e聊，具有优异的物理化学性质。人们注意到，利用三价稀土离子的4，一4，跃迁和ZnO纳米晶的量子效应可以改变材料的发光性质。目前，掺稀土离子的ZrlO的研究已引起了人们较大兴趣，开展了对Zn0tT

4、b，乙10lEr，Zn0IEo+等纳米发光材料的光学性质和制备方法、热处理工艺、稀土离子掺杂浓度等对其光学性质影响的研究，获得了一些有益的结果睁”]。4广组态的稀土Eu3+通常作为探测离子，通过其荧光光谱结构来探测被取代的离子周围的对称性，这种光谱手段已被广泛应用在物理化学等领域的研究中。本文利用溶胶一凝胶法(So“k1)制备了不同浓度的zrl0sEu3+纳米晶，观测了样品的光致发光性质，分析了稀土Eu3+与纳米Zn0基质之间的能量传递和不同掺杂浓度对其发光强度的影响。1实验和测量Zn0tEu3+纳米晶是通过水解ZI卜DEu前驱体获得，制备样

5、品的试剂均为分析纯。在60℃下，将醋酸锌和醋酸铕回流2h，得到Zl卜oEu前驱体。再将LiOH·Hz0乙醇溶液加入ZIroEu中，O℃下，冰水浴中超声振荡10min，形成无色透明的Zrlo。Eu3+溶胶。密封下陈化24h后，利用正乙烷分离，获得Zn0；Eu3+纳米颗粒的沉淀；再将沉淀物分散在乙醇溶液中，二次沉淀后、洗涤。100℃下红外干燥2h，获得干凝胶。将干凝胶研磨成粉，800℃烧结4h，得到ZIl0：Eu3+纳米晶。标号为A，B，C，D的样品中，Zn2+浓度均为o．5ln01．L_1，Eu3+浓度分别为4×10-3m01．L_1，2×10

6、-3m01．L-1，1×10—3mo卜L-1，O．1×10—3mo卜L_1。样品的光谱测量均在室温下进行。X射线衍射谱(x-raydiffractionpattem，Ⅺ①)是用日本理学D／MAx．3AX型X射线衍射仪测得，辐射源为Cu_K口线，是=O．89，

7、=I=O．1541nm。光致发射谱(Photol啪inescencespectr啪，PL)和激发谱(photolminescencee)【citationspectr嗽，PLE)在Hitachi．I’-4500型荧光分光光度计上获得，激发光来自于150W的Xe灯。收稿日期：2006加1—

8、18．修订日期：2006一04-16基金项目：黑龙江省教育厅科学技术研究项目(10543072，10553023)和哈尔滨市科学研究基金项目(2004灿、xⅪ005)资助作者简介：宋国利，1964年生。哈尔滨学院物理系教授e-n“l：Sgl@263．腿t万方数据万方数据第4期光谱学与光谱分析641度过低有关。图4为ZnO：Eu3+纳米晶的光致发光峰值强度与掺Eu3+浓度的变化关系。这些变化表明了稀土Eu3+的特征发射与Zn0基质深能级发射可能存在能量竞争，随掺Eu3+浓度的增加，有更多的Eu3+离子直接获得激发；同时Zn0基质的激发能更倾向于

9、传递给稀土＆13+的发光中心。另外，znO基质带边吸收引起的Eu3+离子的特征发射强度也较强，进一步证实了Zrl0基质与稀土Eu3+之间存在能量传递。当稀土Eu3+