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Figure 6. Comparison of different concentrations of AlN:Tb and AlN standard cards 图6. 不同摩尔分数AlN:Tb与AlN的标准卡片的比较
Figure 7. Excitation spectrum at different concentrations 图7. 不同摩尔分数下的激发谱图
Figure 8. Emission spectrum at different concentrations 图8. 不同摩尔分数下的发射谱图
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所以，通过荧光光谱仪和XRD的分析可以看出不同煅烧温度对荧光粉粉体的影响。激发和发射峰强度随Tb3+掺杂摩尔分数的变化规律是相同的。激发和发射峰强度先随Tb3+的掺杂的摩尔分数增加而增强，在Tb3+摩尔分数为0.5%时达到最大值。在相对低的掺杂摩尔分数时，增加Tb3+浓度相当于增加AlN晶格中发光中心的数目。因此增加Tb3+浓度使得更多数目的Tb3+被激发，产生更强的发射。进一步增加Tb3+摩尔分数(大于0.5%)，激发和发射强度反而降低，这是浓度猝灭导致的[10]。
3.3. 保温时间
掺杂0.05% Tb3+在通气速率40 ml/min，900℃下。探究不同保温时间对AlN:Tb3+的影响。从图9中可以看出，随着保温时间的逐步提高，发光材料中的铝粉衍射峰逐渐减少。所以，从材料生成的纯度来看合适的保温时间为3 h或4 h。
Figure 9. Comparison of AlN:0.5% Tb with different holding time and AlN standard card 图9. 不同保温时间的AlN:0.5% Tb与AlN的标准卡片的比较
图10所示掺杂0.05% Tb3+在通气速率40 ml/min，900℃保温下。不同保温时间的AlN:Tb3+激发光谱图。从图中可以看出激发峰随着保温时间增长光强逐渐增大。当保温时间为4 h时，荧光激发光谱的发射峰值出现到最高值。
Figure 10. Excitation spectrum for different holding times 图10. 不同保温时间激发光谱
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图11掺杂0.05% Tb3+在通气速率40 ml/min，900℃保温下。不同保温时间的AlN:Tb3+发射光谱图。从图中可以看出随着保温时间的增长，发射峰的强度却呈现逐渐增强的趋势。保温时间为2 h和3 h时，发光光谱强度相同，谱峰基本重合。当保温时间为4 h时，荧光发射光谱的发射峰值出现到最高值。
Figure 11. Emission spectrum for different holding times 图11. 不同保温时间的发射图谱
反应过程中，生成的物质AlN放热，热量的积累导致反应速率降低，不断通入的氮气可以减低累计的热量，使反应继续进行[15] [16]。显然在2 h处，XRD衍射峰还有Al单质的存在，在反应进行3 h之后，Al峰完全消失。
3.4. 通气速率的影响
掺杂0.05% Tb3+在900℃下保温3 h。探究不同通气速率对AlN:Tb3+的影响。从图12中可以看出，制备出的样品具有尖锐的衍射峰，随着通气速率的逐步提高，发光材料中的铝粉衍射峰逐渐减少。所以，XRD图谱显示出合适的通气速率为80 ml/min或100 ml/min。
Figure 12. Comparison of different aeration rates of AlN:0.5% Tb and AlN standard cards 图12. 不同通气速率AlN:0.5% Tb与AlN的标准卡片的比较
图13所示掺杂0.05% Tb3+在900℃下保温3 h。不同通气速率的AlN:0.5% Tb激发光谱图。从图中可以看出随着通气速率的增长，激发峰的强度却呈现逐渐增强的趋势。当通气速率达到80 ml/min、100
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ml/min时，荧光激发光谱的发射峰值出现到最高值。
图14、图15所示掺杂0.05% Tb3+在900℃下保温3 h。不同通气速率的AlN:0.5% Tb发射光谱图。从图中可以看出随着通气速率的增长，发射峰的强度却呈现逐渐增强的趋势。当通气速率达到80 ml/min、100 ml/min时，两个荧光光谱峰值大致相同，荧光发射光谱的发射峰值出现最高值。
Figure 13. Excitation spectrum of AlN:0.5% Tb at different aeration rates 图13. 不同通气速率下AlN:0.5% Tb的激发图谱
Figure 14. AlN:0.5% Tb emission spectrum at different aeration rates 图14. 不同通气速率下的AlN:0.5% Tb发射图谱
Figure 15. Magnified view of Figure 14 图15. 图14的放大图
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所以，通过荧光光谱仪和XRD的分析可以看出不同通气速率对荧光粉粉体的影响。镁粉和氮气反应生成Mg3N2，Mg3N2快速升华在铝粉中形成通道，便于铝粉和氮气反应生成AlN。实验结果和理论研究一致。掺杂Tb3+稀土离子的荧光强度显然和通气速率也有关联。通气速率越高，累计的热量快速减少，反应易于进行[16] [17]。生成AlN的相越纯，Al单质的杂峰越少，荧光强度越大。显然最佳通气速率为100 ml/min，所制备的得到的发光材料的样品的成分，发光强度最佳。但是考虑到成本问题和80 ml/min、100 ml/min荧光光谱相差不大。最佳通气速率为80 ml/min。
4. 结论
1) 添加剂镁粉和氯化铵，在管式炉温度升高过程中，转化为Mg3N2、HCl、NH3随氮气气氛排除管式炉。
2) 寻找出一种Tb3+掺杂AlN的低温实验方法。探索出生成AlN:Tb3+的最佳实验条件是掺杂的摩尔分数0.5%，在900℃下保温4小时，通气速率为80 ml/min。
基金项目
广东省自然科学基金项目(2015A030313645)；五邑大学2018/2019年大学生创新创业训练计划项目(201811349071、201811349167、201811349168、201911349277)；五邑大学2019年研究生教育创新计划项目(YJS-JGXM-18-01)；五邑大学2018年教改项目(JX2018025)；五邑大学2019年教改项目(JX2019004)。
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基于低温固相法AlN Tb荧光纳米材料的制备研究 - 图文
