专利名称：一种氧化铕红光发光薄膜及其制备方法
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Eu203，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 0.5 mo1/1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 °C~80 。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-0.85 V~-1.4 V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°C 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KC1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。
图l是单晶硅衬底上氧化铕薄膜结构示意图l.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。
具体实施例方式
如图1所示，本发明在单晶硅衬底2的一个侧面沉积有一层氧化铕红光发 光薄膜l。所述的该发光薄膜的化学式为Eu203，该薄膜材料在616 619纳米处 存在尖锐的红光发射光谱。
氧化铕红光发光薄膜及其合成，将0.4460g六水硝酸铕溶于lOOmL去离子 水中，搅拌，配成摩尔浓度0.01molL"的铕盐溶液。取上述铕盐溶液10mL，通 过恒温水浴控制溶液温度在40°C。利用三电极电化学池进行氧化铕薄膜的沉积。 工作电极为单晶硅片。对电极为高纯度的铂金电极。参比电极为Ag/AgCl/饱和 KC1溶液电极。将三电极插入铕盐溶液，恒温30分钟。调节电压范围在-0.85V (vs Ag/AgCl/KCl参比电极)之间，沉积时间控制在l小时。将沉积好的薄膜，用去 离子水清洗，并干燥。随后，将薄膜在800。C下退火烧结2个小时。图2 (a) 是该薄膜产物的EDS图谱，图谱上显示主要存在氧和铕两种元素。由于镀层较 薄，硅基底的峰特别强，氧和铕的原子数量比约为3:2，说明得到的薄膜是氧化 铕。图2 (b)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2 (c)为本例所得产物的高倍电镜照片。从图中可以看出组 成薄膜的颗粒粒径在十几纳米，并堆积形成一个个三角堆垛。从图2 (d)中看 出本例产物有较强的光致发光发射光谱，其发射波长616纳米处有一个最强峰， 是典型的红光发光。
实施例2:
氧化铕红光发光薄膜及其合成，将22.3033g六水硝酸铕溶于lOOmL去离子 水中，搅拌，配成摩尔浓度0.5mol'L"的铕盐溶液；取上述铕盐溶液10mL，通 过恒温水浴控制溶液温度在80 。C。利用三电极电化学池进行氧化铕薄膜的沉积。 工作电极为单晶硅片。对电极为高纯度的铂金电极。参比电极为Ag/AgCl/饱和 KC1溶液电极。将三电极插入铕盐溶液，恒温30分钟。调节电压-1.4 V (vs Ag/AgCl/KCl参比电极)之间，沉积时间控制在20分钟。将沉积好的薄膜，用 去离子水清洗，并干燥。随后，将薄膜在卯0。C下退火烧结1小时。图3 (a)是该薄膜产物的EDS图谱，图谱上显示只存在氧和铕两种元素，少量的硅为基 底元素。相比实施例l，本例薄膜较厚，因此硅基底的峰非常弱。氧和铕的原子 数量比约为3:2，说明得到的薄膜是的氧化铕。图3 (b)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3 (c)为本例所 得产物的高倍电镜照片。从图中可以看出组成薄膜的颗粒粒径在十几纳米，并 堆积形成一个个三角堆垛。相比实施例l，本实施例的三角堆垛明显较大。 实施例3:
氧化铕红光发光薄膜及其合成，将3.6641g六水氯化铕溶于100mL去离子 水中，搅拌，配成摩尔浓度O.lmorU1的铕盐溶液；取上述铕盐溶液10mL，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氧化铕薄膜的沉积。 工作电极为单晶硅片。对电极为高纯度的铂金电极。参比电极为Ag/AgCl/饱和 KC1溶液电极。将三电极插入铕盐溶液，恒温30分钟。调节电压-1.1 V (vs Ag/AgCl/KCl参比电极)之间，沉积时间控制在40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1000。C下退火烧结30分钟。图4为 本例所得产物的光致发光发射光谱。从图中看出本例产物有较强的光致发光发 射光谱，其发射波长616纳米处有一个最强峰，是典型的红光发光。本例产品 的发光强度相比于实施例1提高了 2倍左右。
权利要求
1、一种氧化铕红光发光薄膜，其特征在于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。
2、 根据权利要求1所述的一种氧化铕红光发光薄膜，其特征在于所述的该发光薄膜的化学式为Eu203，该薄膜材料在616-619纳米处存在尖锐的红光发 射光谱。
3、 一种氧化铕红光发光薄膜的制备方法，其特征在于该方法的步骤如下-1) 将可溶性铕盐，溶于去离子水中，搅拌，配成摩尔浓度0.01 0.5 mol/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 °C~80 。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-0.85 V--1.4 V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°C 下退火烧结30分钟 2小时。
4、 根据权利要求2所述的一种氧化铕红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KC1溶液电极。
5、 根据权利要求2所述的一种氧化铕红光发光薄膜的制备方法，其特征在 于所述的可溶性铕盐为硝酸铕或氯化铕。
6、 根据权利要求2所述的一种氧化铕红光发光薄膜的制备方法，其特征在 于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。
全文摘要
本发明公开了一种氧化铕红光发光薄膜及其制备方法。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。选择可溶性铕盐溶液为原料，利用三电极电化学池在单晶硅片上进行薄膜沉积。将三电极插入铕盐溶液，40-80℃下恒温30分钟。调节电压范围在-0.85V～-1.4V(vs Ag/AgCl/KCl参比电极)之间，沉积时间控制在20分钟～1小时。将得到的薄膜清洗并干燥。随后，将薄膜在800～1000℃下退火烧结30分钟-2小时。制备的发光薄膜均匀致密无开裂。该薄膜材料在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。
文档编号C25D9/04GK101298558SQ20081006242
公开日2008年11月5日 申请日期2008年6月6日 优先权日2008年6月6日
发明者丁高松, 俞晓晶, 席珍强, 王耐艳, 王龙成, 红 贾, 金达莱 申请人:浙江理工大学