[发明专利]一种氧化铕红光发光薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氧化铕红光发光薄膜及其制备方法。

背景技术

稀土元素具有未充满的受到外界屏蔽的4f5d电子组态，有丰富的电子能级和长寿命激发态，能级跃迁通道多达20余万个，可以产生多种多样的辐射吸收和发射，具有一般元素所无法比拟的光谱学性质，因此稀土发光材料的应用格外引人注目，可以作为优良的荧光，激光和电光源材料以及彩色玻璃、陶瓷的釉料。

用于彩色电视机及各类显示系统的荧光粉，目前主要使用纯度高于99.99％的荧光级氧化钇和氧化铕，以及少量氧化铽；稀土用于三基色节能荧光灯的荧光粉，具有高纯度、高显色性、高寿命等特点，与普通白炽灯相比可节电75％以上。

作为荧光粉的激活剂，氧化铕广泛应用于照明与显示领域，如彩色阴极射线管、计算机显示器、三基色荧光灯等。我国是世界上氧化铕储量及产量最大的国家，同时也是稀土荧光粉的生产大国和消费大国。近年来，国内外市场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。到本世纪末，随着阴极射线管生产的增加，预计阴极射线管用稀土荧光粉的市场也将以每年3～5的速度增长。同时，随着节能灯市场的进一步拓开，灯用稀土荧光粉的需求量也将不断扩大，而这必将带动荧光级氧化铕的消耗量逐年递增。

氧化铕在稀土族元素中配分很低，因而生产工艺复杂。目前，除少数规模较大的稀土厂改为还原萃取法生产荧光级氧化铕，其他工厂仍用碱度法生产。因此氧化铕价格昂贵，致使红粉成本较高。目前的研究方向多是探索与优化纳米级稀土红色荧光粉的制备工艺，将稀土氧化物超细化、纳米化，同时尽量减少稀土用量或寻找廉价材料以代替红粉中昂贵的稀土原料。

相比之下，电化学镀膜方法制备氧化铕层是一种全新的制备方法。通过反应参数的调节，可以在基底材料上均匀生长氧化铕薄膜，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，这种方法目前尚未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提出一种氧化铕红光发光薄膜及其制备方法，以可溶性铕盐溶液为原料，通过电化学方法在单晶硅片基底上沉积氧化铕薄膜，经高温退火得到氧化铕发光薄膜。

本发明采用的技术方案步骤如下：

一、一种氧化铕红光发光薄膜：

在单晶硅衬底的一个侧面沉积有一层氧化铕红光发光薄膜。

所述的该发光薄膜的化学式为Eu₂O₃，该薄膜材料在616～619纳米处存在尖锐的红光发射光谱。

二、一种氧化铕红光发光薄膜的制备方法，该方法的步骤如下：

1)将可溶性铕盐，溶于去离子水中，搅拌，配成摩尔浓度0.01～0.5mol/l的铕盐溶液；

2)取上述铕盐溶液，通过恒温水浴控制溶液温度在40℃～80℃；

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单晶硅片基底上的薄膜沉积，将三电极插入铕盐溶液，恒温30分钟，调节工作电极与Ag/AgCl/KCl参比电极间的电压在-0.85V～-1.4V之间，沉积时间控制在20分钟～1小时；

4)将沉积好的薄膜，用去离子水清洗，并干燥，随后，将薄膜在800～1000℃下退火烧结30分钟～2小时。

所述的三电极电化学池中，工作电极为单晶硅片，对电极为铂金电极、金电极以及石墨电极，参比电极为Ag/AgCl/饱和KCl溶液电极。

所述的可溶性铕盐为硝酸铕或氯化铕。

该薄膜成膜均匀致密无开裂，在616～619纳米处存在尖锐的红光发射光谱。

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，制得一种新型的氧化铕红光发光薄膜，该薄膜材料均匀致密无开裂，在616～619纳米处存在尖锐的红光发射光谱。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是单晶硅衬底上氧化铕薄膜结构示意图：1.氧化铕红光发光薄膜，2.单晶硅衬底。

图2是实施例1所得产物的(a)能谱图；(b)电镜照片(低倍)；(c)电镜照片(高倍)；(d)光致发光发射光谱。

图3是实施例2所得产物的(a)能谱图；(b)电镜照片(低倍)；(c)电镜照片(高倍)。

图4是实施例3所得产物的光致发光发射光谱。

具体实施方式