長余輝發(fā)光材料因其獨(dú)特的發(fā)光性能,在弱光照明、裝飾標(biāo)識等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。目前藍(lán)色和綠色長余輝材料性能較為優(yōu)異,但紅色和近紅外長余輝材料性能不佳。針對目前紅色和近紅外長波長長余輝材料的缺乏以及長余輝機(jī)理不完善的問題,我們設(shè)計(jì)合成了三種新型的長波長長余輝發(fā)光材料并圍繞其發(fā)光和余輝特性展開了系統(tǒng)地研究。本論文的具體研究內(nèi)容及主要結(jié)果如下:一.采用高溫固相法成功合成了一種新型的鍺酸鹽長余輝發(fā)光材料CaMgGe₂O₆:Mn²⁺,并根據(jù)Dorenbos余輝機(jī)理模型建立了CaMgGe₂O₆:Ln²⁺/Ln³⁺經(jīng)驗(yàn)?zāi)芗増D,從理論上預(yù)測了CaMgGe₂O₆:Mn²⁺熒光粉的最佳共摻雜稀土離子。摻雜Sm³⁺以后,CaMgGe₂O₆:Mn²⁺,Sm³⁺樣品的余輝初始亮度相較于之前... 

【文章來源】：蘭州大學(xué)甘肅省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：碩士

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Matsuzawa余輝機(jī)理模型示意圖

蘭州大學(xué)碩士學(xué)位論文紅色及近紅外長余輝材料的合成及特性研究5圖1-2Aitasalo余輝機(jī)理模型示意圖該模型可以避免產(chǎn)生Eu+的困難，但仍然存在一些問題，一是雙光子吸收必須在高密度激發(fā)光源下才能產(chǎn)生，而普通的紫外和可見光源的激發(fā)很難滿足能量需求；二是兩步吸收530nm（~2.3eV）陷阱能級的能量差要滿足2.3eV，且與Vo，VCa陷阱相近才能形成電子轉(zhuǎn)移；三是想要形成電子空穴對以及他們復(fù)合產(chǎn)生的能力并直接傳遞到發(fā)光中心，必須保證Vo，VCa和Eu2+三者在材料中的位置相近，才能保證形成電子空穴對和無輻射共振能量傳遞[54]。這些要求在余輝發(fā)光過程中都很難同時(shí)滿足。1.3.3Dorenbos余輝機(jī)理模型P.Dorenbos等人根據(jù)Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+長余輝材料提出了新的余輝機(jī)理模型[55]。在該模型中，Dorenbos認(rèn)為RE2+和RE3+可以做為材料中的空穴陷阱和電子陷阱，該模型也稱為鑭系離子陷阱模型。當(dāng)材料受到外界能量激發(fā)后，Eu2+的4f基態(tài)能級的電子被激發(fā)，躍遷到Eu的5d軌道能級處，Eu由二價(jià)態(tài)Eu2+變成三價(jià)態(tài)Eu3+，且Eu的5d能級靠近導(dǎo)帶，因此電子可以進(jìn)入導(dǎo)帶并遷移至共摻雜的三價(jià)稀土離子Dy3+，從而被捕獲，形成Dy2+，當(dāng)激發(fā)停止以后，被捕獲的電子通過熱擾動，從陷阱中釋放出來，并通過導(dǎo)帶移動至發(fā)光中心Eu，并與Eu3+復(fù)合，使Eu2+從5d激發(fā)態(tài)躍遷至4f基態(tài)能級，從而產(chǎn)生余輝發(fā)光現(xiàn)象，如圖1-3所示。Dorenbos機(jī)理模型可以有效的避免單價(jià)稀土離子和四價(jià)稀土離子的產(chǎn)生，在該模型中產(chǎn)生的三價(jià)態(tài)離子和二價(jià)態(tài)離子都比較合理，且該模型還給出了各個(gè)鑭系元素的二價(jià)態(tài)和三價(jià)態(tài)在氧化物體系帶隙中存在的位置，從而用來解釋不同稀土離子的摻雜導(dǎo)致材料余輝性能的不同。但該模型仍然存在一些問題，那就是

蘭州大學(xué)碩士學(xué)位論文紅色及近紅外長余輝材料的合成及特性研究6無法解釋單摻雜樣品材料的余輝發(fā)光現(xiàn)象，忽略了材料基質(zhì)本身的缺陷能級如氧空位，陽離子空位和陰離子空穴等缺陷，且該模型理論缺乏一定的普適性，稀土離子摻雜的長余輝材料的缺陷能級不完全統(tǒng)一[56]。圖1-3Dorenbos余輝機(jī)理模型示意圖1.3.4Clabau余輝機(jī)理模型F.Clabau等人基于Matsuzawa余輝機(jī)理模型和Aitasalo余輝機(jī)理模型的不合理處，針對SrAl2O4:Eu2+,Dy3+長余輝材料進(jìn)行了新的余輝機(jī)理模型解釋[57]。Clabau通過對材料的電子順磁共振測試檢測了材料在整個(gè)余輝發(fā)光過程中Eu2+濃度的變化，由Eu2+在激發(fā)前后濃度的先減少再增加來證明材料中Eu2+直接參與了余輝發(fā)光過程；并利用光電導(dǎo)性測試，分析認(rèn)為導(dǎo)帶沒有參與到陷阱中心和發(fā)光中心之間的能量傳遞過程。在該模型中，材料受到紫外光激發(fā)后，電子由Eu2+的基態(tài)被激發(fā)到激發(fā)態(tài)，然后直接被附近的氧空位等陷阱捕獲而不通過導(dǎo)帶的作用，Eu2+變?yōu)槿齼r(jià)的Eu3+，當(dāng)激發(fā)停止以后，電子在室溫的熱擾動作用下，從陷阱中釋放出來并直接返回到附近的Eu3+的5d軌道能級并與之復(fù)合，躍遷回到4f軌道，從而產(chǎn)生余輝發(fā)光現(xiàn)象，如圖1-4所示。Clabau余輝機(jī)理模型與Dorenbos余輝機(jī)理模型有些相似，但存在兩個(gè)關(guān)鍵的不同之處，一是模型中的被激發(fā)電子是否通過導(dǎo)帶進(jìn)行遷移，二是對于陷阱的歸屬存在差異[58]。Clabau模型認(rèn)為陷阱是由材料基質(zhì)的本征缺陷，如氧空位等引起的，共摻的三價(jià)稀土離子只是改變了陷阱的強(qiáng)度，而沒有進(jìn)行本質(zhì)的改變。該模型存在的主要問題一是該模型中對于Eu2+-Eu3+價(jià)態(tài)的轉(zhuǎn)變只給出了Eu2+濃度的變化，無法用實(shí)驗(yàn)手段證明Eu3+濃度的變化；二是該模型中的缺陷是氧空位，但對于共摻三價(jià)稀土離子引入的新缺陷如陽離子空位在余輝發(fā)光過?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]長余輝發(fā)光材料研究進(jìn)展[J]. 孫繼兵,王海容,安雅琴,崔春翔,韓丹.  稀有金屬材料與工程. 2008(02)
[2]長余輝(壽命)發(fā)光材料研究的最新進(jìn)展[J]. 施朝淑,戚澤明.  無機(jī)材料學(xué)報(bào). 2004(05)
[3]長余輝發(fā)光材料研究進(jìn)展[J]. 劉應(yīng)亮,丁紅.  無機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào). 2001(02)



本文編號：2914742