一种掺镨氧化钆橙黄光发光薄膜及其制备方法.pdf

本发明公开了一种掺镨氧化钆橙黄光发光薄膜及其制备方法。在铜衬底上沉积一层掺镨氧化钆橙黄光发光薄膜。选择可溶性钆盐溶液和可溶性镨盐为原料，利用电化学方法在铜衬底上进行薄膜沉积。将三电极插入钆盐和镨盐的混合均匀溶液中，在50℃-70℃的恒温水浴中进行沉积。调节电压在-0.70V～-1.2V(vs NHE标准氢电极)之间，沉积时间为30分钟～60分钟。将得到的薄膜清洗并干燥。随后，将薄膜在400℃～600℃氩气气氛保护下退火烧结60分钟～120分钟。制备的发光薄膜均匀致密无开裂。该薄膜材料在560～640纳米间存在宽带橙黄光发射光谱。本发明工艺方法简单、原料易得、成本低，能耗低，无毒，成膜均匀致密无开裂。

1、  一种掺镨氧化钆橙黄光发光薄膜，其特征在于：在铜衬底(2)一个面上沉积有一层掺镨氧化钆橙黄光发光薄膜(1)。

2、  根据权利要求1所述的一种掺镨氧化钆橙黄光发光薄膜，其特征在于：所述的发光薄膜(1)的化学式为Gd₂O₃:Pr³⁺，该薄膜材料在560～640纳米间存在宽带橙黄光发射光谱。

3、  一种掺镨氧化钆橙黄光发光薄膜的制备方法，其特征在于该方法的步骤如下：
1)分别将可溶性钆盐和镨盐，溶于去离子水中，搅拌，均配成摩尔浓度0.05～0.2mol/l的钆盐溶液和镨盐溶液；
2)取上述钆盐和镨盐溶液组成混合均匀的溶液，通过恒温水浴控制溶液温度在50℃～70℃；
3)利用由工作电极、对电极和参比电极组成的三电极电化学池进行铜衬底上的薄膜沉积，将三电极插入钆盐和镨盐溶液组成的混合溶液中，调节工作电极与NHE标准氢电极间的电压在-0.7V～-1.2V之间，沉积时间控制在30分钟～60分钟；
4)将沉积好的薄膜，用去离子水清洗，并干燥，随后，将薄膜在400℃～600℃氩气气氛保护下退火烧结60分钟～120分钟。

4、  根据权利要求3所述的一种掺镨氧化钆橙黄光发光薄膜的制备方法，其特征在于：所述的三电极电化学池中，工作电极为铜电极，对电极为铂金电极、金电极或者石墨电极，参比电极为NHE标准氢电极。

5、  根据权利要求3所述的一种掺镨氧化钆橙黄光发光薄膜的制备方法，其特征在于：所述的可溶性钆盐与镨盐为硝酸盐。

6、  根据权利要求3所述的一种掺镨氧化钆橙黄光发光薄膜的制备方法，其特征在于：所述的发光薄膜(1)的化学式为Gd₂O₃:Pr³⁺，该薄膜成膜均匀致密无开裂，在560～640纳米间存在宽带橙黄光发射光谱。

一种掺镨氧化钆橙黄光发光薄膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种掺镨氧化钆橙黄光发光薄膜及其制备方法。
背景技术
稀土元素由于具有优良的荧光和激光特性，以及在彩色玻璃和陶瓷的釉料方面的应用潜能，得到了许多科研工作的格外关注。因为稀土元素含量有限，为了使稀土元素的性能得到更好的应用，最近一二十年开始出现了有关稀土离子掺杂的纳米发光材料的研究报道[周建国，李振泉，赵凤英，夏树屏，高世扬，纳米Y₂O₃:Eu³⁺发光材料的研究综述，化工进展，6(2003)：573-577]。
Pr³⁺的跃迁发射颜色强烈地依赖于掺杂Pr³⁺的基质晶格。红色发射来源于¹D₂能级；绿色发射来源于³P₀能级；蓝色发射来源于¹D₂能级。
掺镨氧化钆是性能优良的橙黄光荧光材料，它广泛应用于彩色电视机显像管、三基色荧光灯以及彩色玻璃、陶瓷的釉料等。[杨志平，郭智，王文杰，Pr³⁺摩尔浓度对CaTiO₃:Pr³⁺红色长余辉材料的影响，功能材料与器件学报，9(4)(2003)：473-476]。
电化学镀膜方法制备掺杂镨的氧化钆薄膜是一种全新的制备方法，并能制备出性能优良的薄膜。通过反应参数的调节，可以在衬底材料上均匀生长氧化钆和氧化镨共沉积薄膜，既可以减少反应用料，又省去后续的涂敷工艺，大大降低生产成本。另外，电化学方法成膜均匀，沉积厚度可控，设备与操作简单、反应条件温和、环境污染小，是一种全新的、洁净、温和、环境友好的方法。
发明内容
本发明的目的在于提出一种掺镨氧化钆橙黄光发光薄膜及其制备方法，以可溶性钆盐和镨盐溶液为原料，通过电化学方法在铜衬底上沉积掺镨氧化钆薄膜，经高温退火得到掺镨氧化钆橙黄光发光薄膜。
本发明采用的技术方案步骤如下：
一、一种掺镨氧化钆橙黄光发光薄膜：
在铜衬底一个面上沉积有一层掺镨氧化钆橙黄光发光薄膜。
所述的发光薄膜的化学式为Gd₂O₃:Pr³⁺，该薄膜材料在560～640纳米间存在宽带橙黄光发射光谱。
二、一种掺镨氧化钆橙黄光发光薄膜的制备方法，该方法的步骤如下：
1)分别将可溶性钆盐和镨盐，溶于去离子水中，搅拌，均配成摩尔浓度0.05～0.2mol/l的钆盐溶液和镨盐溶液；
2)取上述钆盐和镨盐溶液组成混合均匀的溶液，通过恒温水浴控制溶液温度在50℃～70℃；
3)利用由工作电极、对电极和参比电极组成的三电极电化学池进行铜衬底上的薄膜沉积，将三电极插入钆盐和镨盐溶液组成的混合溶液中，调节工作电极与NHE标准氢电极间的电压在-0.7V～-1.2V之间，沉积时间控制在30分钟～60分钟；
4)将沉积好的薄膜，用去离子水清洗，并干燥，随后，将薄膜在400℃～600℃氩气气氛保护下退火烧结60分钟～120分钟。
所述的三电极电化学池中，工作电极为铜电极，对电极为铂金电极、金电极或者石墨电极，参比电极为NHE标准氢电极。
所述的可溶性钆盐与镨盐为硝酸盐。
所述的发光薄膜的化学式为Gd₂O₃:Pr³⁺，该薄膜成膜均匀致密无开裂，在560～640纳米间存在宽带橙黄光发射光谱。
本发明具有的有益效果是：
本发明通过简单的电化学沉积方法和后续高温退火过程，制得一种新型的掺镨氧化钆橙黄光发光薄膜，该薄膜材料均匀致密无开裂，在560～640纳米间存在宽带橙黄光发射光谱。本发明工艺方法简单、原料易得、成本低，能耗低，无毒，成膜均匀致密无开裂。
附图说明
图1是铜衬底上掺镨氧化钆橙黄光发光薄膜结构示意图：
图1中：1、掺镨氧化钆橙黄光发光薄膜，2、铜衬底。
图2是实施例1所得产物的能谱图。
图3是实施例1所得产物的XRD谱图。
图4是实施例1所得产物的电镜照片(低倍)图。
图5是实施例1所得产物的电镜照片(高倍)图。
图6是实施例1所得产物的光致发光发射光谱。
具体实施方式
如图1所示，本发明在铜衬底2上沉积一层掺镨氧化钆橙黄光发光薄膜1。所述的该发光薄膜的化学式为Gd₂O₃:Pr³⁺，该薄膜材料在560～640纳米间存在宽带橙黄光发射光谱。
实施例1：
掺镨氧化钆橙黄光发光薄膜及其合成，将4.5130g六水合硝酸钆溶于100mL去离子水中，搅拌，配成摩尔浓度0.1mol/L的钆盐溶液；将4.3490g六水合硝酸镨溶于100mL去离子水中，搅拌，配成摩尔浓度0.1mol/L的镨盐溶液。
取上述钆盐和镨盐溶液按一定比例混合，混合溶液共12mL，通过恒温水浴控制溶液温度在60℃。利用三电极电化学池进行掺镨氧化钆薄膜的沉积。工作电极为铜衬底。对电极为高纯度的铂金电极。参比电极为NHE标准氢电极。将三电极插入钆盐和镨盐混合溶液。调节电压在-1.0V(vs NHE标准氢参比电极)，沉积时间控制在45分钟。将沉积好的薄膜，用去离子水清洗，并干燥。随后，将薄膜在500℃氩气保护气氛下退火烧结90分钟。图2是该薄膜产物的EDS图谱，图谱上显示主要存在氧、钆和镨三种元素。钆和镨的原子数量比约为16.97∶1：，说明得到的薄膜是掺镨氧化钆。图3为薄膜的XRD谱图，该谱图与立方相氧化钆的标准卡片(JCPDS#43-1014)完全吻合。图4为本例所得产物的低倍电镜照片。从图中可以看出薄膜颗粒均匀，膜致密无开裂。图4为本例所得产物的高倍电镜照片。从图6中看出本例产物有较强的光致发光发射光谱，在560～640纳米间存在宽带橙黄光发射光谱。
实施例2：
掺镨氧化钆橙黄光发光薄膜及其合成，将2.2565g六水合硝酸钆溶于100mL去离子水中，搅拌，配成摩尔浓度0.05mol/L的钆盐溶液；将2.1745g六水合硝酸镨溶于100mL去离子水中，搅拌，配成摩尔浓度0.05mol/L的镨盐溶液。
取上述钆盐和镨盐溶液按一定比例混合，混合溶液共12mL，通过恒温水浴控制溶液温度在70℃。利用三电极电化学池进行掺镨氧化钆薄膜的沉积。工作电极为铜衬底。对电极为高纯度的铂金电极。参比电极为NHE标准氢电极。将三电极插入钆盐和镨盐混合溶液。调节电压在-0.7V(vs NHE标准氢参比电极)，沉积时间控制在60分钟。将沉积好的薄膜，用去离子水清洗，并干燥。随后，将薄膜在600℃氩气保护气氛下退火烧结120分钟。所制备的掺镨氧化钆薄膜的具体测试结果与实施例1的测试效果相似。
实施例3：
掺镨氧化钆橙黄光发光薄膜及其合成，将9.0260g六水合硝酸钆溶于100mL去离子水中，搅拌，配成摩尔浓度0.2mol/L的钆盐溶液；将8.6980g六水合硝酸镨溶于100mL去离子水中，搅拌，配成摩尔浓度0.2mol/L的镨盐溶液。
取上述钆盐和镨盐溶液按一定比例混合，混合溶液共12mL，通过恒温水浴控制溶液温度在50℃。利用三电极电化学池进行掺镨氧化钆薄膜的沉积。工作电极为铜衬底。对电极为高纯度的铂金电极。参比电极为NHE标准氢电极。将三电极插入钆盐和镨盐混合溶液。调节电压在-1.2V(vs NHE标准氢参比电极)，沉积时间控制在30分钟。将沉积好的薄膜，用去离子水清洗，并干燥。随后，将薄膜在400℃氩气保护气氛下退火烧结120分钟。所制备的掺镨氧化钆薄膜的具体测试结果与实施例1的测试效果相似。