Ga2O3-Cr和ZnGa2O4-Cr近紅外長(zhǎng)余輝發(fā)光性能研究.pdf

1、長(zhǎng)余輝發(fā)光材料是一種能夠?qū)⒓ぐl(fā)光能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，在激發(fā)光源關(guān)閉后能以可見(jiàn)光形式釋放出來(lái)，形成持續(xù)發(fā)光。目前綠色和藍(lán)色長(zhǎng)余輝材料已在商業(yè)上得到廣泛應(yīng)用，而紅色和近紅外長(zhǎng)余輝材料的研究較為滯后，也不滿足商業(yè)應(yīng)用。根據(jù)三基色原理，由紅綠藍(lán)三種長(zhǎng)余輝材料可配成任何顏色的長(zhǎng)余輝材料，因此，探尋具有良好紅色或近紅外長(zhǎng)余輝材料有重要意義。
　　Cr3+是一種常用的近紅外發(fā)光中心離子。Cr3+離子的電子結(jié)構(gòu)是3d3，其外層3d電子對(duì)晶場(chǎng)十分敏感，故

2、在不同的晶體場(chǎng)中，Cr3+離子的發(fā)光會(huì)不同。其次Cr3+離子在不同基質(zhì)中的長(zhǎng)余輝發(fā)光機(jī)理尚不清楚。本文為了研究基質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)Cr3+離子發(fā)光的影響以及Cr3+離子在不同基質(zhì)中的余輝發(fā)光機(jī)理，我們采用高溫固相法合成了Cr3+離子摻雜鎵酸鹽系列近紅外長(zhǎng)余輝發(fā)光材料。通過(guò)Al替代β-Ga2O3∶Cr3+中的Ga做等價(jià)替換來(lái)討論基質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)Cr3+離子發(fā)光的影響，其次通過(guò)分析不同激發(fā)光激發(fā)ZnGa2O4∶Cr3+時(shí)獲得的余輝不同來(lái)探討余輝發(fā)光機(jī)理，最

3、后通過(guò)改變ZnGa2O4∶Cr3+中的Zn含量來(lái)調(diào)控余輝發(fā)光，并結(jié)合光催化性能對(duì)樣品的余輝機(jī)理進(jìn)行了初步探討。
　　采用高溫固相法在1300℃高溫條件下，合成了Al替代β-Ga2O3∶Cr3+的一系列(Ga1-xAlx)2O3∶Cr3+(x=0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5)熒光粉。X射線衍射分析表明Al3+離子含量增加后，物相依然保持β-Ga2O3的相。此外隨著Al離子含量的逐漸增加，衍射峰向高角度方向移動(dòng)表明Al離子

4、進(jìn)入了β-Ga2O3晶格中。激發(fā)光譜中258、300、410以及550 nm左右的峰位分別對(duì)應(yīng)基質(zhì)Ga2O3的帶與帶的吸收躍遷、電荷遷移帶躍遷、Cr3+離子的4A2→4T1以及4A2→4T2躍遷。隨著Al離子摻雜量的增加，激發(fā)光譜峰位都呈現(xiàn)出不同程度的藍(lán)移現(xiàn)象，這分別是由于基質(zhì)的帶隙能量、Cr3+離子與配體之間的電負(fù)性以及晶場(chǎng)強(qiáng)度增大所導(dǎo)致的。在發(fā)射光譜中，隨著Al3+離子替代Ga3+離子后，Cr3+離子的發(fā)光由寬帶發(fā)射變?yōu)檎瓗Оl(fā)射，這

5、是由于Al3+離子的摻入后改變了Cr3+離子周圍的晶場(chǎng)，從而Cr3+離子的紅光發(fā)射由原來(lái)的4T2→4A2變?yōu)?E→4A2躍遷發(fā)射。Al離子摻雜改善了樣品的長(zhǎng)余輝發(fā)光特性，并且Al離子含量達(dá)到0.5時(shí)顯示出較長(zhǎng)時(shí)間的肉眼可見(jiàn)的近紅外余輝發(fā)射。
　　采用高溫固相法合成了ZnGa2O4∶Cr3+磷光體。X射線衍射分析(XRD)表明少量Cr3+摻雜并未改變的ZnGa2O4結(jié)構(gòu)。樣品的發(fā)射光譜表明處于470和691nm處的峰分別是由于基質(zhì)的

6、帶間躍遷和Cr3+離子的2E→4A2能級(jí)躍遷所致。樣品的激發(fā)光譜表明位于260、300、410和550 nm分別對(duì)應(yīng)基質(zhì)的帶間躍遷、電荷遷移躍遷(CTB)、Cr3+離子的4A2→4T1和4A2→4T2能級(jí)躍遷。樣品的近紅外余輝發(fā)光在不同波長(zhǎng)光激發(fā)下顯示出不同，這主要是由于在不同波長(zhǎng)光激發(fā)下樣品的陷阱能級(jí)深度和陷阱中的電子有所不同。熱釋發(fā)光和光充電效應(yīng)都可以很好的為這一解釋作例證。
　　為考察Zn含量變化對(duì)ZnGa2O4∶Cr3+的

7、發(fā)光性能影響，采用高溫固相法合成了ZnxGa2O4∶Cr3+0.005(x=0.98、1、1.02)長(zhǎng)余輝發(fā)光材料。X射線衍射(XRD)圖譜表明樣品均為尖晶石結(jié)構(gòu)且為ZnGa2O4相。樣品的發(fā)射光譜體現(xiàn)Cr3+離子的特征發(fā)射，表明Cr3+離子處于[GaO6]八面體的強(qiáng)晶場(chǎng)氛圍，另外隨著Zn含量的增加，三個(gè)樣品的光致發(fā)光強(qiáng)度逐漸減弱。樣品的余輝衰減曲線表明Zn不足的樣品余輝性能最好。樣品的熱釋發(fā)光曲線表明ZnGa2O4∶Cr3+在Zn含量