殷彩珍，楊幸玲，胡麗君，韋曉賢，莫福旺1，

（1.廣西碳酸鈣資源綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；2.賀州學(xué)院材料與化學(xué)工程學(xué)院，廣西 賀州 542899）

Bi元素素有“奇異元素”的美譽(yù)，其價(jià)電子排布為[Xe]4f145d106s26p3，最外層電子排布為半滿狀態(tài)，受到激發(fā)時(shí)電子容易轉(zhuǎn)移，形成多種價(jià)態(tài)的鉍離子，當(dāng)鉍的價(jià)態(tài)為+3價(jià)時(shí)，在紫外區(qū)有強(qiáng)且寬的吸收，其發(fā)光易受晶體場環(huán)境的影響而呈現(xiàn)紫外至紅色的光色發(fā)射[1-3]。

Gd3BWO9具有P63構(gòu)型，具有d0電子組態(tài)的W6+通過有效的電荷遷移態(tài)（CTS）有效地吸收紫外或近紫外光的能量，基團(tuán)中的BO33-具有較強(qiáng)的還原性，可以抑制金屬離子的氧化[4-5]。

本文以Bi3+為研究對(duì)象，Gd3BWO9為基質(zhì)化合物，進(jìn)行Bi3+摻雜發(fā)光材料的制備、結(jié)構(gòu)表征、發(fā)光性質(zhì)及光熱穩(wěn)定性的研究，并對(duì)其發(fā)光機(jī)理進(jìn)行分析解釋，希望能夠開發(fā)出一種發(fā)光效率高、光熱穩(wěn)定性高、能被紫外或近紫外有效激發(fā)且光色可調(diào)的熒光粉。

1 試驗(yàn)部分

1.1 Gd3BWO9:Bi3+黃色熒光粉的合成

用高溫固相法，在空氣氣氛條件下合成Bi3+摻雜的Gd3BWO9基質(zhì)熒光粉，稱取固定摩爾量的Gd2O3、WO3、H3BO3、Bi2O3置于瑪瑙研缽中，用研杵研磨均勻，將研磨后的混合物置于剛玉干鍋中然后升溫至1000oC煅燒7 h，自然冷卻后取出研磨即得所需樣品。

1.2 樣品測試

用日本理學(xué)Rigaku Ultra Ⅳ X射線衍射儀測試樣品的晶體結(jié)構(gòu)，樣品的發(fā)光性質(zhì)用以Xe燈為光源的日立F2500熒光分光光度計(jì)進(jìn)行測試，所有的測試都是在室溫環(huán)境下進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 晶體結(jié)構(gòu)

圖1 樣品Gd3BWO9:Bi3+的XRD圖譜

圖1是不同摻Bi3+量的樣品的XRD圖譜，用固相法制備的不同摻雜量的粉末的XRD圖譜與Gd3BWO9的標(biāo)準(zhǔn)譜圖比較完全符合，說明制備得到的是Gd3BWO9的純相，樣品屬于六方晶系，P63（173）晶群。依據(jù)文獻(xiàn)，Gd3+、B3+、W6+、Bi3+的離子半徑分別為94 pm、27 pm、41 pm、96 pm，所以Bi3+趨于取代Gd3+的格位[6]。

2.2 樣品的發(fā)光性質(zhì)分析

單摻Bi3+量為10 mol%的樣品的激發(fā)和發(fā)射圖譜如圖2（a）所示，在496 nm光的監(jiān)測下，樣品的激發(fā)波譜分為兩個(gè)部分，一部分從220 nm至320 nm左右，對(duì)應(yīng)于Bi3+的1S0→1P1躍遷吸收，另外的部分從320 nm至370 nm，歸屬于Bi3+的1S0→3P1躍遷吸收[7-9]。用340 nm的光激發(fā)樣品時(shí)，得到的是不對(duì)稱的寬發(fā)射峰，最大峰位于496 nm處，對(duì)應(yīng)于Bi3+的軌道-自旋耦合允許躍遷3P1→1S0，在340 nm激發(fā)光的激發(fā)下，樣品發(fā)出較強(qiáng)的藍(lán)色熒光[10-12]。

圖2（b）是不同摻Bi3+量樣品的激發(fā)和發(fā)射圖譜，在340 nm波長光的激發(fā)下，樣品在496 nm處的發(fā)射光強(qiáng)度隨著摻雜量的增加逐步減小，這是由于隨著Bi3+濃度增加，發(fā)光中心濃度升高，相鄰Bi3+之間的距離變短，電多級(jí)交互作用增強(qiáng)促使能量轉(zhuǎn)移現(xiàn)象增強(qiáng)，導(dǎo)致發(fā)光減弱，發(fā)生濃度猝滅效應(yīng)，說明Bi3+最佳摻雜濃度為2 mol%[12]。

圖2 Gd3BWO9:xBi3+熒光粉的激發(fā)（λex=496 nm）和發(fā)射（λex=340 nm）圖譜

3 結(jié)論

用高溫固相法合成了Gd3BWO9:Bi3+系列藍(lán)色熒光粉，用XRD、熒光分光光度計(jì)測試了熒光粉的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)光性能。XRD表征表明，少量Bi3+摻雜對(duì)熒光粉的空間結(jié)構(gòu)未產(chǎn)生顯著的影響。Gd3BWO9:Bi3+熒光粉樣品屬于六方晶系，P63（173）空間群，200～320 nm和320～370 nm的激發(fā)峰分別屬于Bi3+的1S0→1P1和1S0→3P1躍遷吸收。以340 nm作為激發(fā)光源，筆者發(fā)現(xiàn)樣品的發(fā)射峰位于496 nm處，對(duì)應(yīng)于Bi3+的3P1→1S0躍遷。