Eu T Æ X Øù p § Y 8 È X ¢ Ca 3 MgSi 2 O 8 s t ] k ù° Ë Ñ= k8 ý ] k ù° Ë Ñ ¤V R Ë

(1)

Eu T Æ X Øù p § Y 8 È X ¢ Ca 3 MgSi 2 O 8 s t ] k ù° Ë Ñ= k8 ý ] k ù° Ë Ñ ¤V R Ë

T

) ç ¬ £ ^∗

@ / < Æ § F « Ñ/ B N < Æõ , Â Òí ß 617-736 (2007¸ 12 Z 4 5{ 9 ~ Ã Î6 £ §)

n

Û ¼e ¦ Y Us 6 x + þ AF g ^ Ca

3

MgSi

2

O

8

:Eu ì r ´ ú ` ¦ è : r ¸ 800, 900, 1000, 1100, Õ ªo ¦ 1200

^◦

C

\

" f Eu s : r < ÊÄ »| ¾ Ó` ¦ or v 9 ¦ © ì ø Í6 £ xZ O (solid state reaction)` ¦ s 6 x # ] j ¸ % i . X-

r] X z ´+ « >, Å Ò & ³p â x 9 + þ AF gF g ¸> \ ¦ s 6 x # ì r ´ ú _ & ñ $ í , ³ ð + þ A © , Õ ªo ¦ + þ AF g: £ ¤$ í ` ¦

¸ % i . X- r] X z ´+ « >\ _ è : r ¸ 7 £ x ½ + ÉÃ º2 ¤ ì r ´ ú _ & ñ $ í s ¾ Ó © ÷ &% 3 Ü ¼ 9, è

:

r ¸ 1200

^◦

C \ " f Ca

3

MgSi

2

O

8

_ & ñ © s + þ A$ í H d` ¦ · ú Ã º e % 3 . Å Ò & ³p â ` ¦ s 6 x ô Ç { 9

_ p [ j½ ¨ ¸ 8 £ ¤& ñ ` ¦ : x # : r ¸ 7 £ x ½ + ÉÃ º2 ¤ { 9 _ ß ¼l & t ¦ ç H{ 9 > H d` ¦ S X % i

. ¨ 8 " é ¶ è õ & ñ \ _ K Eu_ < Ê| ¾ Ó\ ' a > \ O s þ j@ / x ß ¼ Eu

²⁺

_ s \ _ ô Ç 455 x 9 540 nm\

"

f z ¤Ü ¼ 9, ¨ 8 " é ¶ ÷ &t · ú § ¦ z e H Eu

³⁺

\ _ ô Ç 616 nm\ " f x ß ¼ ¸ > r F H + þ AF g Û ¼& 7 à Ô! 3

`

¦ % 3 ` ¦ Ã º e % 3 . ¨ 8 " é ¶ : r ¸_ 7 £ x \ É r + þ AF g y © ¸_ 7 £ x H ì r ´ ú { 9 _ & ñ $ í x 9 { 9 + þ AI _ ç

H{ 9 $ í _ ¾ Ó © \ _ ô Ç כ e ` ¦ · ú Ã º e % 3 . ¢ ¸ô Ç, ¨ 8 " é ¶ : r ¸_ oü < Eu < Ê| ¾ Ó_ o\ + þ AF g Û

¼& 7 à Ô! 3 _ o\ ¦ % 3 ` ¦ Ã º e % 3 .

PACS numbers: 78.55.-m, 78.20.-e

Keywords: Ca

3

MgSi

2

O

8

:Eu, í ß oÓ ü t > + þ AF g ^ , ¨ 8 " é ¶

I. " e Â ] Ø

B ÐÀ Ó s : r s ' ) a µ 1 Ï F g ^ H þ j H _ & ñ Ð: x í ß

\ O

_ / å L$ í © \ É r ¨ î ó ø Í n Û ¼e ¦ Y Us _ Ð Ñ þ Ò o µ 1 Ï F

g s ¸× ¼_ > hµ 1 Ï 1 p x \ _ K Ã ºכ ¹ ß ¼> 7 £ x % i .

&

³F H cathode ray tube (CRT)6 x + þ AF g ^ l Õ ü t É r $ í ¸ n q é ß

>

\ e Ü ¼ 9, Plasma Display Panel (PDP)6 x + þ AF g ^ \

@

/K " f ¸ 6 f ¸ x 9 Ã º" î _ 7 £ x \ ' a ô Ç ½ ¨ü < èF > hµ 1 Ï

\

@ /ô Ç ½ ¨ ' ÷ & ¦ e [1]. B ÐÀ Ó " é ¶ è H G 0 >

t

t · ú § É r 4f ⁻ [ þ t _ ? /Â Ò s \ _ K Ò o í H ¸ a % ~

É

r µ 1 Ï F g: £ ¤$ í ` ¦ ? / 9, ü @Â Ò [ þ t _ ` ´ òõ \ _ K

¸^ (host) & ñ © _ o\ W = y H © & h s e

Ü ¼ 9, Å Ò Ð Pr ³⁺ , Ce ³⁺ , Eu ²⁺ , Eu ³⁺ , Ho ³⁺ 1 p x s 6 x

) a [2].

þ

j H \ · ú o ÐF K5 Å q z ´o H s à Ô H î ß & ñ ) a & ñ ½ ¨ ¸ ü < Z } É r \ P & h î ß & ñ $ í , Õ ªo ¦ " é ¶ F « Ñ[ þ t s Û æ Â Ò ¦ $ § 4 ô

Ç \ ½ ¨{ 9 s 0 p x < ÊÜ ¼ Ð K + þ AF g ^ _ ¸^

&

ñ Ü ¼ Ð ´ ú §s s 6 x ÷ &# Q M ® o . Barry H Eu ²⁺ ' ) a Ba 3 MgSi 2 O 8 , Sr 3 MgSi 2 O 8 Õ ªo ¦ Ca ³ MgSi 2 O 8 1 p x _ + þ A F

g: £ ¤$ í \ @ / # ½ ¨ õ [ þ t` ¦ µ 1 Ï³ ð % i Ü ¼ 9 [3], Lihui

∗

E-mail: [email protected]

1 p

x É r [4] Ce ³⁺ ' ) a Ca 3 MgSi 2 O 8 _ & ñ $ í õ + þ AF g: £ ¤

$ í

\ @ /ô Ç ½ ¨ õ \ ¦ µ 1 Ï³ ð % i . Õ ªo ¦ Eu ²⁺ '

) aCa 2 MgSi 2 O 7 + þ AF g ^ \ @ / # Eu ²⁺ 0 l x ¸_ o\

É r + þ AF g: £ ¤$ í _ o\ @ /ô Ç ½ ¨ Jiang 1 p x \ [5] _

# Ð ¦÷ &% 3 . ¢ ¸ô Ç, Lin 1 p x É r [6] Eu ²⁺ ü < Dy ³⁺ \ ¦ '

ô Ç Ca ₃ MgSi ₂ O ₈ + þ AF g ^ \ " f ¸Ï ? @1 l x î ß t 5 Å q ÷ & H ï ß F g

&

³ © ` ¦ 8 £ ¤& ñ % i ¦ Ð ¦ % i .

: r ½ ¨\ " f H Ca 3−x MgSi 2 O 8 :Eu x ` ¦ ¸^ Ð ¦ B

ÐÀ Ó s : r Eu\ ¦ Ö ¸$ í ^ (activator) Ð ' # Eu_

< Ê| ¾ Óõ ì r ´ ú ] j ¸ ¸| \ É r Ca 3−x MgSi 2 O 8 _ + þ AF g: £ ¤

$ í

` ¦ ì r$ 3 % i . ¢ ¸ô Ç, Eu ³⁺ \ ¦ Eu ²⁺ Ð or v H ¨ 8

"

é

¶ õ & ñ \ " f Â ú ª É r ¨ 8 " é ¶ r ç ß ` ¦ s 6 x < ÊÜ ¼ Ð Eu ³⁺ \ ¦ ¢ - a y

¨ 8 " é ¶ r v t · ú § ¦ & h ] X y z ´ n u Ü ¼ Ð _ Ö ¸$ í ] j

\

¦ s 6 x ¦ ¸ | ½ Ó, í2 ¤ x 9 À 1 Ïy © _ y n C` ¦ ~ ½ ÓØ ¦ H + þ A F

g ^ \ ¦ ] j ¸ % i Ü ¼ 9, ì r ´ ú r « Ñ_ & ñ ½ ¨ ¸ü < { 9 _

&

ñ $ í ` ¦ ¸ l 0 A # , X- r] X (X-ray diffraction:

XRD)` ¦ s 6 x % i Ü ¼ 9, { 9 _ + þ A © õ ç H{ 9 $ í ` ¦ ¸ l

0 AK scanning electron microscopy (SEM) ì r$ 3

% i . photo-luminescence (PL) Û ¼& 7 à Ô! 3 _ 8 £ ¤& ñ ` ¦ : x K

{ 9 _ & ñ $ í x 9 + þ A © õ + þ AF g: £ ¤$ í õ _ © ñ ' a$ í

\

@ / # ½ ¨ % i .

-507-

(2)

CaMgSi ₂ O ₈ :Eu ì r ´ ú r « Ñ H CaCO 3 (99.9 %, Aldrich), MgO (99.9 %, Aldrich), SiO ₂ (99.9 %, Aldrich), Eu ₂ O ₃ (99.9 %, Aldrich) _ o < Æ& h | ¾ ÓÜ ¼ Ð ï r q ÷ &% 3 Ü ¼ 9, ¦ © ì ø Í 6

£ xZ O Ü ¼ Ð ½ + Ë$ í % i . Ö ¸$ í ] j Ð Eu ² O 3 _ < Ê| ¾ Ó` ¦ 0.001, 0.003, 0.005, 0.007, 0.01, Õ ªo ¦ 0.03 mol Ð or v 9 ' % i . CaMgSi 2 O 8 :Eu ì r ´ ú ] j ¸ H Ä º ball milling` ¦ l 0 A # e ¦ Û ¼h Ë : ÐÖ ¦ (Bowl) \ ï r q ô Ç r

« Ñü < \ ò ø Í` ¦, 3 mm ß ¼l _ ZrO ^ ¦` ¦ ° ú s V , # Q 460 rpm Ü ¼ Ð 20 r ç ß 1 l x î ß 1 ball milling` ¦ ô Ç Ê ê D ¥ ½ + Ë ô

Ç ì r ´ ú ` ¦ Q? /# Q 24 r ç ß 1 l x î ß | ¸r ( . Eu ³⁺ → Eu ²⁺ Ð ¨ 8 " é ¶ r v l 0 AK " f | ¸ ) a r « Ñ\ ¦ H ⁺ (5 %) + Ar (95 %) D ¥ ½ + Ë Û ¼ Ð G î r ' a © l Ð\ " f y y 800, 900, 1000, 1100, Õ ªo ¦ 1200 ^◦ C _ : r ¸\ " f 2 r ç ß 1 l x î ß

¨ 8

" é ¶ è (reduction sintering) % i . CaMgSi 2 O ₈ :Eu + þ

AF g ^ ì r ´ ú _ p [ j½ ¨ ¸ü < & ñ $ í ` ¦ ¸ l 0 A # X- r] X ` ¦ 8 £ ¤& ñ % i Ü ¼ 9, X- _ í ß ê ø Íy (2θ) H 10 ^◦

∼ 80 ^◦ % ò % i \ " f ì r { © 0.02 ^◦ _ Û ¼ ± p 5 Å q ¸ Ð 8 £ ¤& ñ % i .

\ P

% o Ê ê ì r ´ ú [ þ t _ ³ ð p [ j½ ¨ ¸ H Å Ò & ³p â (SEM)` ¦ s 6 x # 8 £ ¤& ñ % i Ü ¼ 9, + þ AF g Û ¼& 7 à Ô! 3 É r 254 nm _ Å Ò ) a ü @ # l © ` ¦ ° ú H Xenon Ï þ á Ô\ ¦ F g " é ¶ Ü

¼ Ð H + þ AF gF g ¸> (Perkin-Elmer, LS50B)\ ¦ 6 x

#

z ´ : r \ " f 8 £ ¤& ñ % i .

III. ÷ m Ç] M ö+ s ÇÊ Ý õ m Í w ² o

Fig. 1 \ " f H É r ¦ © ì ø Í6 £ xZ O Ü ¼ Ð ½ + Ë$ í ô Ç Ca 3 MgSi 2 O 8 :Eu + þ AF g ^ ì r ´ ú _ ¨ 8 " é ¶ è : r ¸\

É r X- r] X © ` ¦ Ca 3 MgSi 2 O 8 _ JCPDS (35-0591)

õ ü < q § # ] jr % i . è : r ¸ 7 £ x ½ + ÉÃ º2 ¤ ì

r ´ ú [ þ t _ & ñ $ í s o H d` ¦ · ú Ã º e % 3 Ü ¼ 9, è : r ¸

1200 ^◦ C Ð 7 £ x < Ê\ (013) ~ ½ Ó ¾ Ó` ¦ Å Ò Ü ¼ Ð t

H Ca 3 MgSi 2 O 8 © Ü ¼ Ð $ í © ÷ &% 3 Ü ¼ 9, É r ª s t ë ß Ca 2 MgSi 2 O 7 © ¸ f ` ¦ ^ ¦ Ã º e . 800 ∼ 1100 ^◦ C s

\ " f è ô Ç ì r ´ ú _ â Ä º Ca ³ MgSi 2 O 8 © Ü ¼ Ð $ í ©

÷

&t · ú § ¤Ü ¼ 9, CaCO 3 , CaO x 9 MgCO ₃ 1 p x _ © ` ¦ t

H כ Ü ¼ Ð Ð ¢ - a y ½ + Ës { 9 # Q t · ú § É r © I e

`

¦ · ú Ã º e . 1100 ^◦ C s © _ : r ¸\ " f Ca 3 MgSi ₂ O ₈

© Ü ¼ Ð $ í © ÷ &l r % i Ü ¼ 9, 1200 ^◦ C \ " f ¢ - a ô Ç Ca 3 MgSi 2 O 8 © Ü ¼ Ð $ í © H d` ¦ S X % i . 1200 ^◦ C \

"

f è ô Ç Ca 3 MgSi 2 O 8 :Eu + þ AF g ^ ì r ´ ú _ â Ä º (013)

~

½ Ó ¾ Ó_ Å Ò & ñ ` ¦ t 9, (411), (422), (600) r] X x

Fig. 1. XRD patterns of Ca ₃ MgSi ₂ O ₈ :Eu powder sin- tered at different temperatures.

Fig. 2. SEM images of Ca ₃ MgSi ₂ O ₈ :Eu powders sintered at different temperatures.

ß

¼[ þ t Ð s À Ò# Q & ñ © ` ¦ + þ A$ í % i Ü ¼ 9 JCPDS (35-0591) õ ü < q §& h ¸ ú { 9 u < Ê` ¦ · ú Ã º e .

Fig. 2 H (a) 800, (b) 900, (c) 1000, (d) 1100, Õ ªo ¦ (e) 1200 ^◦ C _ : r ¸\ " f è ô Ç ì r ´ ú [ þ t _ SEM s

. è : r ¸ 800, 900, Õ ªo ¦ 1000 ^◦ C t H & ñ { 9 [

þ

t _ + þ AI ç H{ 9 t 3 l w ô Ç É r { 9 [ þ t Ð + þ A$ í ÷ &% 3 .

è : r ¸ 1100ü < 1200 ^◦ C Ð 7 £ x < Ê\ { 9 _ ß ¼ l

7 £ x % i Ü ¼ 9, { 9 _ ß ¼l ¢ ¸ô Ç ç H{ 9 K f ` ¦ · ú Ã º e

. 7 £ ¤ è : r ¸ 7 £ x < Ê\ Ca 3 MgSi ₂ O ₈ :Eu + þ A F

g ^ ì r ´ ú _ { 9 [ þ t _ ì ø Í6 £ x s Ö ¸ µ 1 Ï > { 9 # Qz ¤6 £ §` ¦ \ V

© K ^ ¦ Ã º e .

Fig. 3 É r É r : r ¸\ " f è ) a Ca 3 MgSi 2 O 8 :Eu + þ AF g

^

ì r ´ ú [ þ t` ¦ 255 nm _ © ` ¦ ° ú H # l F g Ü ¼ Ð # l r

+ þ AF g Û ¼& 7 à Ô! 3 õ s . Ca 3 MgSi ₂ O ₈ :Eu + þ AF g ^ ì r

´ ú

[ þ t _ + þ AF g Û ¼& 7 à Ô! 3 É r è : r ¸\ ' a > \ O s Eu ²⁺ _ 4f-5d s \ _ ô Ç 455 nm H % \ " f þ j@ / x ß ¼\ ¦ ° ú H + þ

AF g õ 540 nm_ x ß ¼ Õ ªo ¦ Eu ³⁺ _ s \ _ ô Ç 616

nm H % \ " f x ß ¼\ ¦ ° ú H + þ AF g Û ¼& 7 à Ô! 3 s / B N > r H כ

(3)

Fig. 3. PL spectra (λex=255 nm) of Ca 3 MgSi 2 O 8 :Eu powders sintered at different temperatures.

Fig. 4. XRD patterns of Ca ₃ MgSi ₂ O ₈ :Eu powders doped with different Eu ion content.

Ü

¼ Ð z ¤ . è : r ¸ 800 ^◦ C \ " f H ± ú É r + þ AF g ´ òÖ ¦ s

z ¤Ü ¼ , : r ¸ 7 £ x ½ + ÉÃ º2 ¤ % ò % i _ © \ 5

g" f + þ AF g [ jl 7 £ x < Ê` ¦ · ú Ã º e % 3 . s Qô Ç s Ä »

H + þ AF g _ ´ òÖ ¦` ¦ & ñ H × æ כ ¹ô Ç כ ¹ Ü ¼ Ð ì r ´ ú _

&

ñ $ í x 9 ³ ð + þ A © ` ¦ [ þ t Ã º e H X <, è : r ¸ 7 £ x ½ + ÉÃ º 2

¤ { 9 _ & ñ $ í s ¾ Ó © | ¨ c ÷ r ë ß m o < Æ& h ½ ¨$ í , { 9

ß ¼l ü < C \ P Õ ªo ¦ { 9 ¸ ª s þ j& h o ÷ & H s Ä » Ð K

$ 3 ½ + É Ã º e [7]. " f è : r ¸ 1200 ^◦ C s © \ " f ç

H{ 9 9 ß ¼l H { 9 _ + þ AI H X <, Õ ª â Ä

º\ 8 Z } É r { 9 Ø æ x 9 ¸\ ¦ t 9 ³ ð \ " f_ í ß ê ø Í

¢

¸ô Ç y è H d Ü ¼ Ð + þ AF g ´ òÖ ¦ s 7 £ x > ) a [8]. Õ ª QÙ ¼

Ð { 9 s _ â > x 9 ¸ ± ú t H X <, { 9 â > H

\ ¦ í S \ ¦ Ò q t$ í ) a y n C` ¦ í ß ê ø Ír ( Ü ¼ Ð+ + þ AF g Û ¼& 7 à

Ô! 3 _ µ 1 ßl \ ¦ y èr v H " é ¶ s | ¨ c Ã º e l M :ë H \ { 9

Fig. 5. PL spectra (»ex=255 nm) of Ca ₃ MgSi ₂ O ₈ :Eu powders doped with different Eu ion content.

Fig. 6. A behavior of PL intensities of different peaks for the Ca 3 MgSi 2 O 8 :Eu powders doped with different Eu ion content.

â > \ ¦ > ° ú H ì r ´ ú { 9 Ã º2 ¤ Ä ºÃ ºô Ç + þ AF g : £ ¤$ í ` ¦

· p H כ ` ¦ · ú Ã º e .

Fig. 4 H Ca 3 MgSi 2 O 8 :Eu + þ AF g ^ ì r ´ ú _ Eu < Ê| ¾ Ó\

É r X- r] X © s . Fig. 1\ " fü < ° ú s X- & ñ ©

É r Ca 3 MgSi ₂ O ₈ _ JCPDS (35-0591) õ ü < q § # ì r

$

3 % i Ü ¼ 9, Eu < Ê| ¾ Ó\ ' a > \ O s (013) ~ ½ Ó ¾ Ó_ Å Ò & ñ

` ¦ t ¦, (411), (422), (600) r] X x ß ¼[ þ t Ð s À Ò# Q

& ñ © ` ¦ + þ A$ í % i . Eu < Ê| ¾ Ós 0.001 mol\ " f 0.007 mol t H Ca 2 MgSi 2 O 7 r] X © s / B N > r % i t ë ß , Eu < Ê

|

¾ Ós 0.01 mol Ð 7 £ x < Ê\ " f Ca 2 MgSi ₂ O ₇ r] X ©

É

r t · ú § ¤ .

Fig. 5 H É r Eu < Ê| ¾ Ó` ¦ ° ú H Ca 3 MgSi ₂ O ₈ :Eu + þ AF g

^

ì r ´ ú \ @ / # 255 nm_ © _ y n CÜ ¼ Ð # l ô Ç + þ AF g Û

¼& 7 à Ô! 3 ` ¦ · p כ s . Ca 3 MgSi 2 O 8 :Eu + þ AF g ^ ì r

(4)

Eu _ + þ AF g Û ¼& 7 à Ô! 3 s / B N > r H Û ¼& 7 à Ô! 3 Ü ¼ Ð z

¤ . Eu_ 0 l x ¸ 0.005 mol t 7 £ x ½ + É M : H Eu ²⁺ \ _

ô Ç 455 nm_ + þ AF g É r y è % i Ü ¼ , Eu ³⁺ \ _ ô Ç 616 nm \ " f_ + þ AF g É r Ë ¨ï r y 7 £ x % i . Õ ªo ¦ Eu_ 0 l x

¸ 0.005 mol s © Ü ¼ Ð 7 £ x < Ê\ Eu ²⁺ _ s \ _

ô Ç 455 nm\ " f_ + þ AF g Û ¼& 7 à Ô! 3 _ [ jl y è½ + É ÷ r ë

ß m ^ & h Ü ¼ Ð + þ AF g [ jl y è H X <, s כ É r Eu _ < Ê| ¾ Ó` ¦ 7 £ x r ( \ ¨ 8 " é ¶ õ & ñ \ " f ¨ 8 " é ¶ ÷ & H

ª _ ¸] X ` ¦ : x # R, G, B + þ AF g _ [ jl \ ¦ ¸] X ½ + É Ã º e

Ü ¼ 9, s Qô Ç ¸i ç _ ª _ ¸] X ` ¦ : x # í H Ã ºô Ç Ñ þ Ò o + þ

AF g Û ¼& 7 à Ô! 3 ` ¦ ë ß [ þ t Ã º e 6 £ §` ¦ · ú Ã º e .

\

" f + þ AF g [ jl _ o\ ¦ Eu < Ê| ¾ Ó\ · p Õ ªA á Ô s

. Eu_ < Ê| ¾ Ós 0.001 mol\ " f 0.005 mol Ð 7 £ x < Ê\

Eu ³⁺ \ _ ô Ç & h Ò o + þ AF g [ jl H 7 £ x < Ê` ¦ ? / 9, Eu ²⁺ \ _ ô Ç ' õ AÒ o + þ AF g [ jl H y è < Ê` ¦ · p . ¢ ¸ô Ç Eu _ < Ê| ¾ Ós 0.005 mols © \ " f H Eu ²⁺ ü < Eu ³⁺ _ + þ AF g [

jl ¸¿ º y è < Ê` ¦ ? / H X <, s כ É r Eu _ < Ê| ¾ Ó 7 £ x

.

IV. + s Ç Â ] Ø

: r ¸ x 9 Ö ¸$ í ] j Eu_ 0 l x ¸\ ¦ or v 9 ] j ¸ô Ç Ca 3 MgSi 2 O 8 :Eu ì r ´ ú _ ³ ð ½ ¨ ¸ü < & ñ $ í Õ ªo ¦ + þ A F

g: £ ¤$ í ` ¦ ¸ % i . è : r ¸ Z }` ¦ Ã º2 ¤ ì r ´ ú _

&

ñ o a % ~ ¤Ü ¼ 9, + þ AF g [ jl ¢ ¸ô Ç 7 £ x < Ê` ¦ · ú Ã º e % 3

. ¨ 8 " é ¶ è : r ¸ H + þ AF g ^ ì r ´ ú _ & ñ o, { 9 ¸ ª x 9

+ þ AF g ´ òÖ ¦` ¦ & ñ H × æ כ ¹ô Ç כ ¹ Ü ¼ Ð 6 x % i Ü ¼ 9, ¨ 8 " é ¶ : r ¸\ É r + þ AF g Û ¼& 7 à Ô! 3 _ o\ ¦ ^ ¦ Ã º e

%

3 . Ca ³ MgSi 2 O 8 :Eu + þ AF g ^ ì r ´ ú _ + þ AF g Û ¼& 7 à Ô! 3 É r Eu _ < Ê| ¾ Ó\ ' a > \ O s Û ¼& 7 à Ô! 3 _ þ j@ / x ß ¼ Eu ²⁺ _ 4f − 5d s \ _ ô Ç 455 nm\ " f z ¤Ü ¼ 9, ¨ 8 " é ¶ ÷ &

t

· ú § É r Eu ³⁺ \ _ ô Ç + þ AF g Û ¼& 7 à Ô! 3 ¸ / B N > r % i . 255 nm _ © ` ¦ ° ú H # l F g Ü ¼ Ð # l ½ + É M : Eu_ < Ê| ¾ Ós 0.001 mol \ " f © a % ~ É r Eu ²⁺ \ _ ô Ç + þ AF g` ¦ Í Ç xÜ ¼

þ

j@ / Ð 7 £ x % i . s כ É r ¢ - a y ¨ 8 " é ¶ ÷ &t · ú § É r Eu s

"

é

¶ ÷ & H ª _ ¸] X ` ¦ : x # R, G, B + þ AF g _ [ jl \ ¦ ¸ ] X

½ + É Ã º e Ü ¼ 9, s Qô Ç ¸i ç _ ª _ ¸] X ` ¦ : x # í H Ã

ºô Ç Ñ þ Ò o + þ AF g Û ¼& 7 à Ô! 3 ` ¦ ë ß [ þ t Ã º e 6 £ §` ¦ · ú Ã º e % 3

"

f + þ AF g _ [ jl y è < Ê` ¦ ^ ¦ Ã º e % 3 .

P

c p 8 ý ò k >

s

7 Hë H É r 2004¸ & ñ Â Ò ( §¹ ¢ ¤ & h " é ¶ Â Ò)_ F " é ¶ Ü ¼ Ð ô

Ç² D G < ÆÕ ü t < É ª F é ß _ t " é ¶` ¦ ~ Ã Î Ã º' ) a ½ ¨e (KRF- 2004-202-C00173).

Y

c p w Ã U Ø ô

[1] B. G. Almeida, A. Pietka and J. A. Mendes, Appl, Surface Sci. 238, 395 (2004).

[2] L. Tian and S. I. Mho, Sol. State Commu. 125, 647 (2003).

[3] T. L. Barry, J. of Electrochem. Soc. 115, 733 (1968).

[4] H. Lihui, Z. Xiao and L. Xingren, J. of Alloys and Compounds 305, 14 (2000).

[5] L. Jiang, C. Chang, D. Mao and C. Feng, Mater. Sci.

Eng. B 103, 271 (2003).

[6] Y. Lin, Z. Zhang, Z. Tang, X. Wang, J. Zhang, and Z. Zheng, J. of European Ceramic Society 21, 683 (2001).

[7] J. C. Park, H. K. Moon, D. K. Kim, S. H. Byeon, B.

C. Kim and K. S. Suh, Appl Phys Lett. 77, 14 (2000).

[8] Y. C. Kang, S. B. Park, I. W. Lenggoro and K.

Okuyama, J. Phys. Chem. Solids 60, 379 (1999).

(5)

Photoluminescence Characteristics of Eu-doped Ca ₃ Mg ₂ SiO ₈ Phosphors

Soung Soo Yi ^∗

Department of Electronic Materials Engineering, Silla University, Busan 617-736 (Received 5 December 2007)

Ca

3

MgSi

2

O

8

:Eu phosphors for display applications were synthesized at sintering temperatures of 800, 900, 1000, 1100, and 1200

^◦

C by using a solid state reaction method. The crystallinity, surface morphology, and photoluminescence characteristics of the phosphors were investigated by using X-ray diffraction, scanning electron microscopy, and luminescence spectrophotometry. According to the results of X-ray diffraction, as the sintering temperature increased, the crystallinity of the powder was improved, and a polycrystalline structure of the Ca

3

MgSi

2

O

8

powder was formed at 1200

^◦

C. Also, according to the scanning electron microscopy images, the particle size increased and became uniform as the sintering temperature increased. As a consequence of the reduction pr

^◦

Cess of Eu, there were two luminescence peaks, one at 455 and the other at 540 nm, radiated from the transitions of Eu

²⁺

and a red emission peak at 616 nm radiated from the transitions of Eu

³⁺

that was not reduced. With increasing sintering temperature, the luminescent intensity were enhanced because of not only the improved crystallinity but also the enlarged particle size of the powders.

The change in the luminescent spectra was induced by changing the reduction temperature and the Eu concentration.

PACS numbers: 78.20-e, 78.55-m

Keywords: Ca

3

MgSi

2

O

8

:Eu, Oxide phosphor, Reduction, Photoluminescence

∗

E-mail: [email protected]

Eu T Æ X Øù p § Y 8 È X ¢ Ca 3 MgSi 2 O 8 s  t  ] k ù° Ë Ñ= k8 ý ] k ù° Ë Ñ ¤V R Ë

Eu T Æ X Øù p § Y 8 È X ¢ Ca 3 MgSi 2 O 8 s  t   ] k ù° Ë Ñ= k8 ý ] k ù° Ë Ñ ¤V R Ë

T

) ç ¬ £ ∗



 @ / < Æ §    F « Ñ/ B N  < Æõ , Â Òí ß  617-736 (2007¸  12 Z 4 5{ 9  ~ Ã Î6 £ §)

n

Û ¼e  ¦ Y Us 6 x + þ AF g ^   Ca

MgSi

O

:Eu ì  r ´ ú `  ¦  è   : r  ¸ 800, 900, 1000, 1100, Õ ªo  ¦ 1200

C

\

" f Eu s  : r  < ÊÄ »| ¾ Ó`  ¦   or v  9  ¦ ©  ì ø Í6 £ xZ O  (solid state reaction)`  ¦ s 6 x #  ] j ¸ % i  . X- 

r] X z ´+ « >,    Å Ò  & ³p  â x 9 + þ AF gF g  ¸> \  ¦ s 6 x #  ì  r ´ ú _    & ñ $ í , ³ ð  + þ A © , Õ ªo  ¦ + þ AF g: £ ¤$ í `  ¦



¸  % i  . X-  r] X z ´+ « >\  _     è    : r  ¸ 7 £ x ½ + ÉÃ º2  ¤ ì  r ´ ú _    & ñ $ í s   ¾ Ó © ÷ &% 3 Ü ¼ 9,  è  

 :

r  ¸ 1200

C \ " f Ca

MgSi

O

_    & ñ  © s  + þ A$ í H  d`  ¦ · ú  Ã º e  % 3  .    Å Ò  & ³p  â `  ¦ s 6 x ô  Ç { 9

 _  p [ j½ ¨ ¸ 8 £ ¤& ñ `  ¦ :  x #   : r  ¸ 7 £ x ½ + ÉÃ º2  ¤ { 9  _  ß ¼l  & t  ¦ ç  H{ 9  >  H  d`  ¦ S X    % i 

. ¨ 8  " é ¶  è  õ & ñ \  _ K  Eu_   < Ê| ¾ Ó\   ' a > \ O s  þ j@ / x ß ¼ Eu

_    s \  _ ô  Ç 455 x 9 540 nm\ 

"

f  z  ¤Ü ¼ 9, ¨ 8  " é ¶ ÷ &t  · ú § ¦ z    e    H Eu

\  _ ô  Ç 616 nm\ " f x ß ¼ ¸  > r F    H + þ AF g Û ¼& 7 à Ô! 3 

` 

¦ % 3 `  ¦ Ã º e  % 3  . ¨ 8  " é ¶  : r  ¸_  7 £ x \    É r + þ AF g y ©  ¸_  7 £ x   H ì  r ´ ú  { 9  _    & ñ $ í x 9 { 9  + þ AI _  ç

 H{ 9 $ í _   ¾ Ó © \  _ ô  Ç  כ e  `  ¦ · ú  Ã º e  % 3  . ¢ ¸ô  Ç, ¨ 8  " é ¶  : r  ¸_    oü < Eu  < Ê| ¾ Ó_    o\     + þ AF g Û

¼& 7 à Ô! 3 _    o\  ¦ % 3 `  ¦ Ã º e  % 3  .

PACS numbers: 78.55.-m, 78.20.-e

Keywords: Ca

MgSi

O

:Eu, í ß  oÓ ü t >  + þ AF g ^ , ¨ 8  " é ¶

I. " e Â ] Ø

B ÐÀ Ó s  : r s  '    ) a µ 1 Ï F g ^   H þ j   H _  & ñ  Ð:  x  í ß 

\ O

_  / å L$ í  © \    É r ¨ î ó ø Í n Û ¼e  ¦ Y Us _     Ð  Ñ þ Ò  o µ 1 Ï F

g s  ¸× ¼_  > hµ 1 Ï 1 p x \  _ K  Ã ºכ ¹ ß ¼>  7 £ x  % i  .



&

³F   H cathode ray tube (CRT)6 x + þ AF g ^  l Õ ü t É r $ í ¸ n q é ß 

>

\  e  Ü ¼ 9, Plasma Display Panel (PDP)6 x + þ AF g ^ \ 

@

/K " f ¸ 6 f ¸ x 9 Ã º" î _  7 £ x  \   ' a ô  Ç   ½ ¨ü <  èF > hµ 1 Ï

\

 @ /ô  Ç   ½ ¨   '  ÷ & ¦ e    [1]. B ÐÀ Ó " é ¶  è  H G 0 >

t

t  · ú § É r 4f −    [ þ t _  ? /Â Ò  s \  _ K  Ò  o í  H  ¸ a % ~

 É

r µ 1 Ï F g: £ ¤$ í `  ¦  ? / 9, ü @Â Ò   [ þ t _  ` ´ òõ \  _  K

  ¸^  (host)   & ñ  © _    o\  W =    y      H  © & h s  e 

Ü ¼ 9, Å Ò Ð Pr 3+ , Ce 3+ , Eu 2+ , Eu 3+ , Ho 3+ 1 p x s   6 x

 ) a  [2].

þ

j   H \  · ú  o  ÐF K5 Å q z ´o H s à Ô  H î ß & ñ  ) a   & ñ ½ ¨ ¸ ü < Z  } É r \ P & h î ß & ñ $ í , Õ ªo  ¦ " é ¶ F « Ñ[ þ t s  Û  æ Â Ò  ¦ $ § 4  ô

 Ç   \  ½ ¨{ 9 s  0 p x  < ÊÜ ¼ Ð   K  + þ AF g ^ _   ¸^    

&

ñ Ü ¼ Ð ´ ú §s  s 6 x ÷ &# Q M ® o . Barry  H Eu 2+  '    ) a Ba 3 MgSi 2 O 8 , Sr 3 MgSi 2 O 8 Õ ªo  ¦ Ca 3 MgSi 2 O 8 1 p x _  + þ A F

g: £ ¤$ í \  @ / #    ½ ¨  õ [ þ t`  ¦ µ 1 Ï³ ð % i Ü ¼ 9 [3], Lihui

E-mail: [email protected]

1 p

x É r [4] Ce 3+  '    ) a Ca 3 MgSi 2 O 8 _    & ñ $ í õ  + þ AF g: £ ¤

$ í

\  @ /ô  Ç   ½ ¨   õ \  ¦ µ 1 Ï³ ð % i  . Õ ªo  ¦ Eu 2+  '  

  ) aCa 2 MgSi 2 O 7 + þ AF g ^ \  @ / #  Eu 2+ 0 l x  ¸_    o\ 



 É r + þ AF g: £ ¤$ í _    o\  @ /ô  Ç   ½ ¨ Jiang 1 p x \  [5] _ 

#   Ð ¦÷ &% 3  . ¢ ¸ô  Ç, Lin 1 p x É r [6] Eu 2+ ü < Dy 3+ \  ¦ '  

ô  Ç Ca 3 MgSi 2 O 8 + þ AF g ^ \ " f  ¸Ï ? @1 l x î ß  t 5 Å q ÷ &  H ï ß  F g



&

³ © `  ¦ 8 £ ¤& ñ % i   ¦  Ð ¦ % i  .



: r   ½ ¨\ " f  H Ca 3−x MgSi 2 O 8 :Eu x `  ¦  ¸^  Ð  ¦ B

Eu T Æ X Øù p § Y 8 È X ¢ Ca 3 MgSi 2 O 8 s t ] k ù° Ë Ñ= k8 ý ] k ù° Ë Ñ ¤V R Ë

Eu T Æ X Øù p § Y 8 È X ¢ Ca 3 MgSi 2 O 8 s t ] k ù° Ë Ñ= k8 ý ] k ù° Ë Ñ ¤V R Ë

) ç ¬ £ ^∗

@ / < Æ § F « Ñ/ B N < Æõ , Â Òí ß 617-736 (2007¸ 12 Z 4 5{ 9 ~ Ã Î6 £ §)

Û ¼e ¦ Y Us 6 x + þ AF g ^ Ca

:Eu ì r ´ ú ` ¦ è : r ¸ 800, 900, 1000, 1100, Õ ªo ¦ 1200

" f Eu s : r < ÊÄ »| ¾ Ó` ¦ or v 9 ¦ © ì ø Í6 £ xZ O (solid state reaction)` ¦ s 6 x # ] j ¸ % i . X-

r] X z ´+ « >, Å Ò & ³p â x 9 + þ AF gF g ¸> \ ¦ s 6 x # ì r ´ ú _ & ñ $ í , ³ ð + þ A © , Õ ªo ¦ + þ AF g: £ ¤$ í ` ¦

¸ % i . X- r] X z ´+ « >\ _ è : r ¸ 7 £ x ½ + ÉÃ º2 ¤ ì r ´ ú _ & ñ $ í s ¾ Ó © ÷ &% 3 Ü ¼ 9, è

:

r ¸ 1200

C \ " f Ca

_ & ñ © s + þ A$ í H d` ¦ · ú Ã º e % 3 . Å Ò & ³p â ` ¦ s 6 x ô Ç { 9

_ p [ j½ ¨ ¸ 8 £ ¤& ñ ` ¦ : x # : r ¸ 7 £ x ½ + ÉÃ º2 ¤ { 9 _ ß ¼l & t ¦ ç H{ 9 > H d` ¦ S X % i

. ¨ 8 " é ¶ è õ & ñ \ _ K Eu_ < Ê| ¾ Ó\ ' a > \ O s þ j@ / x ß ¼ Eu

_ s \ _ ô Ç 455 x 9 540 nm\

f z ¤Ü ¼ 9, ¨ 8 " é ¶ ÷ &t · ú § ¦ z e H Eu

\ _ ô Ç 616 nm\ " f x ß ¼ ¸ > r F H + þ AF g Û ¼& 7 à Ô! 3

`

¦ % 3 ` ¦ Ã º e % 3 . ¨ 8 " é ¶ : r ¸_ 7 £ x \ É r + þ AF g y © ¸_ 7 £ x H ì r ´ ú { 9 _ & ñ $ í x 9 { 9 + þ AI _ ç

H{ 9 $ í _ ¾ Ó © \ _ ô Ç כ e ` ¦ · ú Ã º e % 3 . ¢ ¸ô Ç, ¨ 8 " é ¶ : r ¸_ oü < Eu < Ê| ¾ Ó_ o\ + þ AF g Û

¼& 7 à Ô! 3 _ o\ ¦ % 3 ` ¦ Ã º e % 3 .

:Eu, í ß oÓ ü t > + þ AF g ^ , ¨ 8 " é ¶

B ÐÀ Ó s : r s ' ) a µ 1 Ï F g ^ H þ j H _ & ñ Ð: x í ß

_ / å L$ í © \ É r ¨ î ó ø Í n Û ¼e ¦ Y Us _ Ð Ñ þ Ò o µ 1 Ï F

g s ¸× ¼_ > hµ 1 Ï 1 p x \ _ K Ã ºכ ¹ ß ¼> 7 £ x % i .

³F H cathode ray tube (CRT)6 x + þ AF g ^ l Õ ü t É r $ í ¸ n q é ß

\ e Ü ¼ 9, Plasma Display Panel (PDP)6 x + þ AF g ^ \

/K " f ¸ 6 f ¸ x 9 Ã º" î _ 7 £ x \ ' a ô Ç ½ ¨ü < èF > hµ 1 Ï

@ /ô Ç ½ ¨ ' ÷ & ¦ e [1]. B ÐÀ Ó " é ¶ è H G 0 >

t · ú § É r 4f ⁻ [ þ t _ ? /Â Ò s \ _ K Ò o í H ¸ a % ~

É

r µ 1 Ï F g: £ ¤$ í ` ¦ ? / 9, ü @Â Ò [ þ t _ ` ´ òõ \ _ K

¸^ (host) & ñ © _ o\ W = y H © & h s e

Ü ¼ 9, Å Ò Ð Pr ³⁺ , Ce ³⁺ , Eu ²⁺ , Eu ³⁺ , Ho ³⁺ 1 p x s 6 x

) a [2].

j H \ · ú o ÐF K5 Å q z ´o H s à Ô H î ß & ñ ) a & ñ ½ ¨ ¸ ü < Z } É r \ P & h î ß & ñ $ í , Õ ªo ¦ " é ¶ F « Ñ[ þ t s Û æ Â Ò ¦ $ § 4 ô

Ç \ ½ ¨{ 9 s 0 p x < ÊÜ ¼ Ð K + þ AF g ^ _ ¸^

ñ Ü ¼ Ð ´ ú §s s 6 x ÷ &# Q M ® o . Barry H Eu ²⁺ ' ) a Ba 3 MgSi 2 O 8 , Sr 3 MgSi 2 O 8 Õ ªo ¦ Ca ³ MgSi 2 O 8 1 p x _ + þ A F

g: £ ¤$ í \ @ / # ½ ¨ õ [ þ t` ¦ µ 1 Ï³ ð % i Ü ¼ 9 [3], Lihui

x É r [4] Ce ³⁺ ' ) a Ca 3 MgSi 2 O 8 _ & ñ $ í õ + þ AF g: £ ¤

\ @ /ô Ç ½ ¨ õ \ ¦ µ 1 Ï³ ð % i . Õ ªo ¦ Eu ²⁺ '

) aCa 2 MgSi 2 O 7 + þ AF g ^ \ @ / # Eu ²⁺ 0 l x ¸_ o\

É r + þ AF g: £ ¤$ í _ o\ @ /ô Ç ½ ¨ Jiang 1 p x \ [5] _

# Ð ¦÷ &% 3 . ¢ ¸ô Ç, Lin 1 p x É r [6] Eu ²⁺ ü < Dy ³⁺ \ ¦ '

ô Ç Ca ₃ MgSi ₂ O ₈ + þ AF g ^ \ " f ¸Ï ? @1 l x î ß t 5 Å q ÷ & H ï ß F g

³ © ` ¦ 8 £ ¤& ñ % i ¦ Ð ¦ % i .

: r ½ ¨\ " f H Ca 3−x MgSi 2 O 8 :Eu x ` ¦ ¸^ Ð ¦ B

ÐÀ Ó s : r Eu\ ¦ Ö ¸$ í ^ (activator) Ð ' # Eu_

< Ê| ¾ Óõ ì r ´ ú ] j ¸ ¸| \ É r Ca 3−x MgSi 2 O 8 _ + þ AF g: £ ¤

` ¦ ì r$ 3 % i . ¢ ¸ô Ç, Eu ³⁺ \ ¦ Eu ²⁺ Ð or v H ¨ 8

¶ õ & ñ \ " f Â ú ª É r ¨ 8 " é ¶ r ç ß ` ¦ s 6 x < ÊÜ ¼ Ð Eu ³⁺ \ ¦ ¢ - a y

¨ 8 " é ¶ r v t · ú § ¦ & h ] X y z ´ n u Ü ¼ Ð _ Ö ¸$ í ] j

¦ s 6 x ¦ ¸ | ½ Ó, í2 ¤ x 9 À 1 Ïy © _ y n C` ¦ ~ ½ ÓØ ¦ H + þ A F

g ^ \ ¦ ] j ¸ % i Ü ¼ 9, ì r ´ ú r « Ñ_ & ñ ½ ¨ ¸ü < { 9 _

ñ $ í ` ¦ ¸ l 0 A # , X- r] X (X-ray diffraction:

XRD)` ¦ s 6 x % i Ü ¼ 9, { 9 _ + þ A © õ ç H{ 9 $ í ` ¦ ¸ l

0 AK scanning electron microscopy (SEM) ì r$ 3

% i . photo-luminescence (PL) Û ¼& 7 à Ô! 3 _ 8 £ ¤& ñ ` ¦ : x K

{ 9 _ & ñ $ í x 9 + þ A © õ + þ AF g: £ ¤$ í õ _ © ñ ' a$ í

@ / # ½ ¨ % i .

CaMgSi ₂ O ₈ :Eu ì r ´ ú r « Ñ H CaCO 3 (99.9 %, Aldrich), MgO (99.9 %, Aldrich), SiO ₂ (99.9 %, Aldrich), Eu ₂ O ₃ (99.9 %, Aldrich) _ o < Æ& h | ¾ ÓÜ ¼ Ð ï r q ÷ &% 3 Ü ¼ 9, ¦ © ì ø Í 6

« Ñü < \ ò ø Í` ¦, 3 mm ß ¼l _ ZrO ^ ¦` ¦ ° ú s V , # Q 460 rpm Ü ¼ Ð 20 r ç ß 1 l x î ß 1 ball milling` ¦ ô Ç Ê ê D ¥ ½ + Ë ô

" é ¶ è (reduction sintering) % i . CaMgSi 2 O ₈ :Eu + þ

AF g ^ ì r ´ ú _ p [ j½ ¨ ¸ü < & ñ $ í ` ¦ ¸ l 0 A # X- r] X ` ¦ 8 £ ¤& ñ % i Ü ¼ 9, X- _ í ß ê ø Íy (2θ) H 10 ^◦

∼ 80 ^◦ % ò % i \ " f ì r { © 0.02 ^◦ _ Û ¼ ± p 5 Å q ¸ Ð 8 £ ¤& ñ % i .

¼ Ð H + þ AF gF g ¸> (Perkin-Elmer, LS50B)\ ¦ 6 x

z ´ : r \ " f 8 £ ¤& ñ % i .

III. ÷ m Ç] M ö+ s ÇÊ Ý õ m Í w ² o

Fig. 1 \ " f H É r ¦ © ì ø Í6 £ xZ O Ü ¼ Ð ½ + Ë$ í ô Ç Ca 3 MgSi 2 O 8 :Eu + þ AF g ^ ì r ´ ú _ ¨ 8 " é ¶ è : r ¸\

É r X- r] X © ` ¦ Ca 3 MgSi 2 O 8 _ JCPDS (35-0591)

õ ü < q § # ] jr % i . è : r ¸ 7 £ x ½ + ÉÃ º2 ¤ ì

r ´ ú [ þ t _ & ñ $ í s o H d` ¦ · ú Ã º e % 3 Ü ¼ 9, è : r ¸

1200 ^◦ C Ð 7 £ x < Ê\ (013) ~ ½ Ó ¾ Ó` ¦ Å Ò Ü ¼ Ð t

H Ca 3 MgSi 2 O 8 © Ü ¼ Ð $ í © ÷ &% 3 Ü ¼ 9, É r ª s t ë ß Ca 2 MgSi 2 O 7 © ¸ f ` ¦ ^ ¦ Ã º e . 800 ∼ 1100 ^◦ C s

\ " f è ô Ç ì r ´ ú _ â Ä º Ca ³ MgSi 2 O 8 © Ü ¼ Ð $ í ©

&t · ú § ¤Ü ¼ 9, CaCO 3 , CaO x 9 MgCO ₃ 1 p x _ © ` ¦ t

H כ Ü ¼ Ð Ð ¢ - a y ½ + Ës { 9 # Q t · ú § É r © I e

¦ · ú Ã º e . 1100 ^◦ C s © _ : r ¸\ " f Ca 3 MgSi ₂ O ₈

© Ü ¼ Ð $ í © ÷ &l r % i Ü ¼ 9, 1200 ^◦ C \ " f ¢ - a ô Ç Ca 3 MgSi 2 O 8 © Ü ¼ Ð $ í © H d` ¦ S X % i . 1200 ^◦ C \