专利名称：一种掺铽氧化钆绿光发光薄膜及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种掺铽氧化钆绿光发光薄膜及其制备方法。
背景技术：
稀土掺杂发光是稀土离子的4f内层电子跃迁发光,稀土离子的4f内层电子由 于外层电子的屏蔽作用,受外界环境因素影响小,单色性好、亮度高、寿命长、效 率高。发光的光谱范围从紫外、可见到近红外，在光通信、平面显示、照明、光 存储等领域具有广泛的应用。[王涛，潘孝军，张振兴，李晖，谢二庆，铽掺杂 纳米晶GaN薄膜的室温可见发光，中国稀土学报26 (2008): 244-247]。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Y203:Ei^+发光材料的研究综述，化工进展，6 (2003): 573-577]。
随着信息技术的高速发展，人们对生活水平的要求越来越高，对大屏幕高 清晰度彩电、高分辨率显示器、投影电视、高效节能灯等的需求迅速增长。同 时随着友好性社会及节能性社会等要求的提出，人们要求显示器等除了功能的 多样化，还希望其具有薄型、轻质、低电压驱动、低功耗的特点，这就要求荧 光粉具有多性能、强发光性、高显色性、高寿命等特点。
Tb^本征发光的光谱主峰在550 nm左右,刚好与标准色度系统(CIE)的绿色
相对应，所以掺铽氧化钆是性能优良的绿光荧光材料，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等。TV+掺杂受到人们的关注。电化学镀 膜方法制备掺杂铽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铽共 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铽氧化钆绿光发光薄膜及其制备方法，以可 溶性钆盐和铽盐溶液为原料，通过电化学方法在导电玻璃衬底上沉积掺铽氧化 钆薄膜，经高温快速退火得到掺铽氧化钆绿光发光薄膜。本发明采用的技术方案步骤如下
一、 一种掺铽氧化钆绿光发光薄膜
在导电玻璃衬底一个面上沉积氧化钆和氧化铽的绿光发光薄膜。 所述的发光薄膜的化学式为0(1203:化3+，该薄膜材料在545纳米与491纳米 处存在尖锐的绿光发射光谱。
二、 一种掺铽氧化钆绿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铽盐，溶于去离子水中，搅拌，均配成摩尔浓度
0.05~0.2 mol/L的钆盐溶液和铽盐溶液；
2) 取上述钆盐和铽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 。070 。C;
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导电玻璃 衬底上的薄膜沉积，将三电极插入钆盐和铽盐溶液组成的混合溶液中，调节工 作电极与SCE饱和甘汞参比电极间的电压在-0.9 V -L4 V之间，沉积时间控制 在15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 。C ~700 。C氩气保护下快速退火3分钟 5分钟。
所述的三电极电化学池中，工作电极为导电玻璃衬底，对电极为铂金电极、 金电极或者石墨电极，参比电极为SCE饱和甘汞参比电极。 所述的可溶性钆盐与铽盐为硝酸盐。
所述的发光薄膜的化学式为Gd203:Tb3、该薄膜成膜均勻致密无开裂，在546 纳米与491纳米处存在尖锐的绿光发射光谱。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 掺铽氧化钆绿光发光薄膜，该薄膜材料均匀致密无开裂，在546纳米与491纳 米处存在尖锐的绿光发射光谱。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。
图1是导电玻璃衬底上掺铽氧化钆绿光发光薄膜结构示意图
图1中1掺铽氧化钆绿光发光薄膜，2.导电玻璃衬底。
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。
具体实施例方式
如图1所示，本发明在导电玻璃衬底2上沉积一层掺铽氧化钆绿光发光薄 膜l。所述的该发光薄膜的化学式为Gd203:Tb3+，该薄膜材料在546纳米与491 纳米处存在尖锐的绿光发射光谱。
实施例l:
掺铽氧化钆绿光发光薄膜及其合成，将4.513 g六水合硝酸轧溶于100 mL 去离子水中，搅拌，配成摩尔浓度0.1mol/L的钆盐溶液；将4.529 g六水合硝酸 铽溶于100mL去离子水中，搅拌，配成摩尔浓度0.1mol/L的铽盐溶液。
取上述钆盐和铽盐按一定比例混合，混合溶液共12mL，通过恒温水浴控制 溶液温度在60。C。利用三电极电化学池进行掺铽氧化钆薄膜的沉积。工作电极 为导电玻璃。对电极为高纯度的铂金电极。参比电极为SCE饱和甘汞参比电极。 将三电极插入钆盐和铽盐混合溶液，恒温30分钟。调节电压在-1.20 V (vs SCE 饱和甘汞参比电极)，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700 。C氩气保护下快速退火3分钟。图2是该薄 膜产物的EDS图谱，图谱上显示主要存在氧、钆和铽三种元素。钇和铽的原子 数量比约为10.2: l:，说明得到的薄膜是掺铽氧化钆。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5 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546纳米与491纳米处存在尖锐的绿光发射光谱。
实施例2:
掺铽氧化轧绿光发光薄膜及其合成，将2.2565 g六水合硝酸礼溶于100 mL 去离子水中，搅拌，配成摩尔浓度0.05 mol/L的钆盐溶液；将2.2645 g六水合硝 酸铽溶于100mL去离子水中，搅拌，配成摩尔浓度0.05mol/L的铽盐溶液。
取上述钆盐和铽盐按一定比例混合，混合溶液共12mL，通过恒温水浴控制 溶液温度在70。C。利用三电极电化学池进行掺铽氧化钆薄膜的沉积。工作电极 为导电玻璃。对电极为高纯度的铂金电极。参比电极为SCE饱和甘汞参比电极。 将三电极插入钆盐和铽盐混合溶液。调节电压在-1.4 V (vs SCE饱和甘汞参比电 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700 。C氩气保护下快速退火5分钟。所制备的掺铽氧化钆薄膜的 具体测试结果与实施例1的测试效果相似。实施例3:
掺铽氧化钆绿光发光薄膜及其合成，将9.0260 g六水合硝酸钆溶于100 mL 去离子水中，搅拌，配成摩尔浓度0.20 mol/L的钆盐溶液；将9.0580 g六水合硝 酸铽溶于100 mL去离子水中，搅拌，配成摩尔浓度0.20 mol/L的铽盐溶液。
取上述钆盐和铽盐按一定比例混合，混合溶液共12mL，通过恒温水浴控制 溶液温度在50。C。利用三电极电化学池进行惨铽氧化钆薄膜的沉积。工作电极 为导电玻璃。对电极为高纯度的铂金电极。参比电极为SCE饱和甘汞参比电极。 将三电极插入钆盐和铽盐混合溶液。调节电压在-0.9 V (vs SCE饱和甘汞参比电 极)，沉积时间控制在15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 。C氩气保护下快速退火3分钟。所制备的掺铽氧化钆薄膜的 具体测试结果与实施例1的测试效果相似。
权利要求
1、一种掺铽氧化钆绿光发光薄膜，其特征在于在导电玻璃衬底(2)一个面上沉积氧化钆和氧化铽的绿光发光薄膜(1)。
2、 根据权利要求1所述的一种掺铽氧化钆绿光发光薄膜，其特征在于所述的发光薄膜的化学式为Gd203:lV+，该薄膜材料在545纳米与491纳米处存在 尖锐的绿光发射光谱。
3、 一种掺铽氧化钆绿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铽盐，溶于去离子水中，搅拌，均配成摩尔浓度0.05-0.2 mol/L的钆盐溶液和铽盐溶液；2) 取上述钆盐和铽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 。C 70。C;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导电玻璃 衬底上的薄膜沉积，将三电极插入钆盐和铽盐溶液组成的混合溶液中，调节工 作电极与SCE饱和甘汞参比电极间的电压在-0.9 V -1.4 V之间，沉积时间控制 在15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 。C ~700 。C氩气保护下快速退火3分钟 5分钟。
4、 根据权利要求3所述的一种掺铽氧化钆绿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，工作电极为导电玻璃衬底，对电极为铂金 电极、金电极或者石墨电极，参比电极为SCE饱和甘汞参比电极。
5、 根据权利要求3所述的一种掺铽氧化钆绿光发光薄膜的制备方法，其特 征在于所述的可溶性钆盐与铽盐为硝酸盐。
6、 根据权利要求3所述的一种掺铽氧化钆绿光发光薄膜的制备方法，其特 征在于所述的发光薄膜的化学式为Gd203:Tb3+，该薄膜成膜均匀致密无开裂， 在546纳米与491纳米处存在尖锐的绿光发射光谱。
全文摘要
本发明公开了一种掺铽氧化钆绿光发光薄膜及其制备方法。在导电玻璃衬底上沉积一层掺铽氧化钆绿光发光薄膜。选择可溶性钆盐溶液和可溶性铽盐为原料，利用电化学方法在导电玻璃衬底上进行薄膜沉积。将三电极插入钆盐和铽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-0.90V～-1.4V(vs SCE饱和甘汞参比电极)之间，沉积时间为15分钟～60分钟。将得到的薄膜清洗并干燥。随后，将薄膜在400℃～700℃氩气保护下快速退火3分钟～5分钟。制备的发光薄膜均匀致密无开裂。该薄膜材料在545纳米与491纳米处存在尖锐的绿光发射光谱。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。
文档编号C09K11/78GK101560680SQ20091009800
公开日2009年10月21日 申请日期2009年4月23日 优先权日2009年4月23日
发明者俞晓晶, 席珍强, 张亚萍, 王耐艳, 王龙成, 红 贾, 金达莱 申请人:浙江理工大学