新型紅色和白色長(zhǎng)余輝材料的研制及其發(fā)光特性研究.pdf

1、本論文主體由四章組成，第一章-緒論從宏觀角度介紹了本論文主題-長(zhǎng)余輝材料的背景知識(shí)，第二章到第四章則分別介紹了幾種新型紅色和白色長(zhǎng)余輝材料的制備過(guò)程，并研究了它們的晶體結(jié)構(gòu)和發(fā)光特性。 第一章中，闡述了光致發(fā)光的基本概念和本論文所涉及的兩類(lèi)摻雜離子：稀土離子和過(guò)渡金屬離子的發(fā)光特性，并介紹了長(zhǎng)余輝材料的近年研究進(jìn)展和相關(guān)的熱釋光理論。 第二章是本論文的重點(diǎn)內(nèi)容。這一章詳細(xì)討論了紅色長(zhǎng)余輝材料Mg<,2>SiO<,4>：D

2、y<'3+>，MngSiO<,3>：Eu<'2+>，Dy<'3+>，Mn<'2+>的制備和發(fā)光性能研究，其主要內(nèi)容可以分成三個(gè)部分： 1．溶膠凝膠法制備的MgSiO<,3>：Mn<'2+>與Mg<,2>SiO<,4>：Mn<'2+>晶化過(guò)程研究和發(fā)光比較。通過(guò)MgSiO<,3>：Mn<'2+>和Mg<,2>SiO<,4>：Mn<'2+>樣品前驅(qū)物的熱重和差熱測(cè)量，我們測(cè)得兩種樣品的成相溫度，并確定了實(shí)驗(yàn)的預(yù)燒結(jié)溫度(450℃)和

3、燒結(jié)溫度(1300℃)。產(chǎn)物的XRD分析表明制得的MgSiO<,3>和Mg<,2>SiO<,4>主相分別為原頑輝石(No.11-0273)和鎂橄欖石(No．85-1364)。Mg<,2>SiO<,4>的晶體結(jié)構(gòu)分析表明：在Mg<,2>SiO<,4>中存在兩種Mg<'2+>格位-反演對(duì)稱(chēng)八面體格位(M<,1>)和鏡像對(duì)稱(chēng)八面體格位(M<,2>)。 和MgSiO<,3>：Mn<'2+>不同，Mg<,2>SiO<,4>：Mn<'2+>

4、發(fā)射譜明顯包含兩個(gè)發(fā)射峰，我們將其歸因于占據(jù)兩種不同的Mg<'2+>格位M2和M1的Mn<'2+>發(fā)射。MgSiO<,3>：Mn<'2+>的發(fā)射譜峰隨Mn<'2+>濃度增加而輕微紅移，原因是Mn<'2+>的交換互作用(Exchangeinteraction)。相同摻雜濃度的MgSiO<,3>：Mn<'2+>發(fā)光強(qiáng)于Mg<,2>SiO<,4>：Mn<'2+>，而且猝滅濃度也比后者要高，可能原因是前者的SiO<,4>四面體鏈狀結(jié)構(gòu)使摻雜離子

5、距離較遠(yuǎn)而難以發(fā)生濃度猝滅。 2．高溫固相法制備的Mg<,2>SiO<,4>：Dy<'3+>，Mn<'2+>的發(fā)光性質(zhì)。在這個(gè)部分中，我們首先對(duì)Mg<,2>SiO<,4>：Mn<'2+>的發(fā)射和激發(fā)光譜進(jìn)行了較詳細(xì)的分析，用T-S圖指認(rèn)了大于300nm的激發(fā)峰對(duì)應(yīng)的躍遷。Dy<'3+>在雙摻樣品中的作用是本部分的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。首先，我們由熱釋光曲線分析確認(rèn)了Dy<'3+>的陷阱作用。此外，我們還觀測(cè)到了一個(gè)新穎的現(xiàn)象：在雙摻樣品

6、中，Dy<'3+>的摻入大大加強(qiáng)了Mn<'2+>發(fā)射，這種Dy<'3+>對(duì)Mn<'2+>的敏化現(xiàn)象還未在長(zhǎng)余輝材料中報(bào)道過(guò)。但對(duì)于這種現(xiàn)象還沒(méi)有一個(gè)確定的解釋?zhuān)€需要深入研究。我們推測(cè)這可能是由于Dy<'3+>→Mn<'2+>的能量傳遞。 3．溶膠凝膠法制備的MgSiO<,3>：Eu<'2+>，Dy<'3+>，Mn<'2+>發(fā)光性質(zhì)。在此我們闡述了三種摻雜離子的作用。Mn<'2+>的強(qiáng)發(fā)射和余輝光譜中只能監(jiān)測(cè)到Mn<'2+>發(fā)射

7、的事實(shí)說(shuō)明Mn<'2+>為發(fā)光中心。我們?cè)谌龘綐悠返腗n<'2+>發(fā)射對(duì)應(yīng)的激發(fā)譜中觀測(cè)到Eu<'2+>的305nm激發(fā)帶，而且三摻樣品的Eu<'2+>發(fā)射弱于單摻Eu<'2+>樣品，由此我們認(rèn)為Eu<'2+>的主要作用是近紫外激發(fā)下傳遞部分能量給Mn<'2+>來(lái)增強(qiáng)Mn2’發(fā)射。樣品的熱釋光曲線證明了Dy<'3+>的陷阱作用。用熱清除方法，我們?cè)贛gSiO<,3>：Dy<'2+>熱釋光曲線中分離出單個(gè)熱釋光峰，對(duì)它們的擬合可以得出Mg

8、SiO<,3>：Dy<'2+>的365K和489K熱釋光峰都是二級(jí)峰，陷阱深度分別為0.733eV和1.26eV，并且得出了它們的頻率因子數(shù)量級(jí)。對(duì)比MgSiO<,3>基質(zhì)和MgSiO<,3>：Dy<'3+>熱釋光曲線，我們認(rèn)為MgSiO<,3>：Dy<'3+>什的這兩個(gè)熱釋光峰起源是DyMg<'o>而不是V<,o><'∞>。 在第三章中，介紹了高溫固相法制備的白色長(zhǎng)余輝材料Ca<,2>MgSi<,2>O<,7>：Dy<'3+>

9、和Y<,2>O<,2>S：Tb<'3+>，Sm<'3+>的發(fā)光特性。Ca<,2>MgSi<,2>O<,7>：Dy<'3+>的Dy<'3+>發(fā)射對(duì)應(yīng)的激發(fā)光譜中，260nm處存在強(qiáng)基質(zhì)吸收帶，這有助于提高材料近紫外激發(fā)下的發(fā)光性能，是本材料的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。Ca<,2>MgSi<,2>O<,7>：Dy<'3+>的余輝3h后可見(jiàn)，余輝光譜表明其余輝顏色處在白光范圍，但光色偏黃。我們用熱清除方法從Ca<,2>MgSi<,2>O<,7>：Dy<'3+

10、>樣品的熱釋光曲線中分離出兩個(gè)熱釋光峰，并計(jì)算了對(duì)應(yīng)的陷阱深度和頻率因子。Y<,2>O<,2>S：Tb<'3+>，Sm<'3+>是對(duì)本組所作的Y<,2>O<,2>S：Tb<'3+>的改進(jìn)。共摻Sm<'3+>的作用有兩個(gè)：一個(gè)是利用Sm<'3+>紅光發(fā)射調(diào)節(jié)光色處于合適范圍(符合IEC標(biāo)準(zhǔn)的日光色)，另一個(gè)作用是引入深度合適的陷阱。 第四章則介紹了對(duì)一類(lèi)新型的紅色長(zhǎng)余輝材料：Mn<'4+>激活的鋁酸鹽材料所作的探索性工作。研究結(jié)果