稀土摻雜Sr2MgSi2O7、CaWO4基質(zhì)長余輝發(fā)光材料的制備和特性研究.pdf

1、本文通過高溫固相法制備了M2MgSi2O7：Eu2+，Re3+(M：Ba，Sr，Ca；Re3+：Dy3+，Nd3+，HO3+，Er3+，Yb3+)和CaWO4：Re3+(Eu3+，Tb3+，Pr3+)長余輝發(fā)光材料。通過XRD、光致發(fā)光、余輝衰變以及熱釋光等技術(shù)進(jìn)行測量與分析，獲得了下面的研究成果：
　　 1)研究發(fā)現(xiàn)，M2MgSi2O7：Eu2+，Dy3+基質(zhì)中，對于不同的Sr/Ca和不同Sr/Ba比例，材料在結(jié)構(gòu)基本不變的情

2、況下，較小的原子半徑導(dǎo)致晶體中較小的晶面間距，而較小的晶面間距則導(dǎo)致發(fā)光中心Eu2+離子的5d能態(tài)分裂加劇，從而使發(fā)光出現(xiàn)紅移。對樣品的余輝衰減特性的研究發(fā)現(xiàn)，無論在Sr2MgSi2O7：Eu2+，Dy3+樣品中摻雜Ca離子或Ba離子，都對余輝有負(fù)面影響，即余輝壽命有所縮短，相關(guān)的熱釋光研究表明，摻雜Ca離子或Ba離子會使材料陷阱能級濃度有所下降，減少了捕獲和釋放的載流子，導(dǎo)致性能下降。
　　 2)環(huán)境溫度對材料余輝影響分析表明

3、，樣品Sr2MgSi2O7：Eu2+，Dy3+在室溫下有較好的余輝效果，而樣品Ba2MgSi2O7：Eu2+，Dy3+在室溫下余輝效果較差；但在相對較高的溫度下，其呈現(xiàn)出較強的余輝現(xiàn)象，樣品Ba2MgSi2O7：Eu2+，Dy3+適合作為一種高溫環(huán)境下使用的長余輝材料。
　　 3)在Sr2MgSi2O7：Eu2+，Dy3+材料燒結(jié)過程中，采用了H38O3和Li2CO3作為助熔劑以降低材料的燒結(jié)溫度，兩者對材料的光致發(fā)光特性并沒有

4、太大影響。但是，對余輝及熱釋光分析表明，H3BO3有利于加深材料陷阱能級的深度從而延緩了載流子的釋放速率，進(jìn)而延長了材料的余輝壽命；相反，使用Li2CO3作為助熔劑的材料，其陷阱能級就明顯變淺，陷阱對載流子的束縛能力則有所下降，從而導(dǎo)致余輝壽命的縮短。
　　 4)Dy3+，Nd3+，Ho3+，Er3+和Yb3+離子共摻雜對材料Sr2MgSi2O7：Eu2+余輝特性影響的分析表明，Dy3+，Nd3+，Ho3+和Er3+離子對材料的

5、余輝有不同程度的增強作用，這是因為這幾種離子的二價態(tài)基態(tài)能級與導(dǎo)帶底部比較接近，從而使材料自身缺陷引起的陷阱得到某種程度的加深或加強，而Yb3+離子的摻入，產(chǎn)生了更深的陷阱，陷阱對載流子有較強的束縛以至于后者不易被釋放，所以Yb3+離子的摻入對余輝有削弱的影響。
　　 5)實驗結(jié)果分析表明，材料Sr2MgSi2O7：Eu2+，Dy3+的余輝產(chǎn)生機理可能是由作為電子陷阱的氧空位和作為空穴陷阱的正離子空位所引起。氧空位與Dy3+離子

6、通過帶正電Sr空位連接組成團(tuán)簇結(jié)構(gòu)，氧空位中的電子有一定幾率弛豫到Dy3+離子，從而使余輝壽命得到延長。另一方面，基態(tài)中的空穴也有一定幾率通過價帶被Sr空位所捕獲。兩者的逆過程在激發(fā)消失后，產(chǎn)生余輝。而Eu3+離子并不可能完全被還原成Eu2+離子，其基態(tài)空穴也有一定幾率被空穴陷阱所捕獲。材料的熱釋光及余輝衰減規(guī)律接近二階動力學(xué)規(guī)律，即大部分載流子被陷阱釋放后被二次捕獲，這個過程有利于延長余輝的壽命。
　　 6)對Eu3+，Tb3

7、+和Pr3+三種離子在CaWO4基質(zhì)中的長余輝分析表明：在材料中，通過共摻雜Ti4+離子和Mg2+離子能有效提高能量傳遞效率和基質(zhì)發(fā)光效率從而提高Eu3+離子的余輝特性。而Tb3+離子和Pr3+離子在CaWO4基質(zhì)中均呈現(xiàn)出長余輝現(xiàn)象，此現(xiàn)象很有可能是由價帶頂部的O2-離子的2p態(tài)中電子被激發(fā)到位于導(dǎo)帶底部的W6+離子的5d態(tài)，而價帶中的空穴有一定幾率被空穴陷阱捕獲，在激發(fā)消失由于熱擾動，陷阱中的載流子被重新釋放，形成電荷遷移，并伴隨能