近红外光激励长余辉荧光粉的光存储性能和机理研究

摘要

长余辉材料是一类非常重要并且有用的荧光材料。一些长余辉材料可以被太阳光激发，因而能在白天存储太阳光能量到夜间以发光的形式缓慢释放出所存储的能量，在弱光照明、安全指示等领域得到了广泛的应用。有研究发现一些长余辉材料中也可观察到光激励长余辉现象。光激励长余辉发光是用较长波长的光来激发已被高能光子激发过的材料产生长余辉的现象。利用这种现象，可以进行文字和图像的记忆存储，使得长余辉材料的应用从弱光照明、安全指示等扩展到光信息存储和高能射线探测等领域。光激励长余辉材料与传统的光激励存储荧光材料的不同在于当光激励光消失时，后者的激发随之消失，而前者的发光仍以长余辉的形式存在。这一优势使得光激励长余辉材料在新型存储器件的制备、高能射线探测以及影像存储等方面取代传统的光激励发光材料成为可能。近年来关于新型长余辉发光材料的光激励发光性能研究逐渐成为研究热点。本论文采用高温固相反应法制备了绿色长余辉材料SrAl2O4∶Eu2+，Dy3+(SED);SrAl2O4∶Eu2+，Bi3+(SEB)与红色长余辉材料ZnGa2O4∶Cr3+(ZGC)。系统分析了三种长余辉材料的晶体结构和光学性能，着重讨论了三种长余辉材料的光激励长余辉发光性能并采用导带复合发光能带模型对三种长余辉材料的发光机理做出了解释。主要研究内容如下:
　　1)采用高温固相法合成了SED绿色长余辉荧光粉。X射线衍射结果表明样品为单斜晶体。实验测得样品的激发峰位于360nm，源于晶体中Eu2+的4f7→4f65d能级跃迁。在紫外光辐照下样品发射明亮的绿光，发射峰位于515nm。余辉激发谱的测试结果表明样品的余辉激发峰位于430nm，与荧光光谱激发峰有明显的区别。余辉衰减曲线显示样品的余辉时间超过1h，余辉谱峰位于515nm处。热释光实验测得样品存在两个热释光峰，浅陷阱峰位于85℃处，深陷阱温度高于400℃。用热释光光谱测试被用来从微观上解释SED的光激励长余辉发光现象。光激励发光测试显示样品的光激励发光激发峰位于760nm处。样品存在非常明显的光激励发光现象。实验测试了样品的最佳信息写入与读出波长分别为430nm与760nm。
　　2)采用高温固相法合成了SEB绿色长余辉荧光粉，研究了过渡金属Bi掺杂对样品余辉性能和光激励发光性能的影响。荧光光谱实验测试结果表明合成样品的激发光谱半峰宽为300～420nm，明显宽于SED样品。曲线在200～250nm区间出现了一个小的吸收峰，经验证与Bi3+掺杂有关。在SrAl2O4∶Bi3+样品中测得了Bi3+在355nm处的发射峰。样品的余辉衰减曲线表明SEB样品存在绿色长余辉。热释光测试结果验证样品的长余辉性能，热释峰位于92℃。光激励发光测试结果显示SEB存在微弱的光激励发光现象，较之SED荧光的光激励发光现象明显减弱。这是由于晶体内部的Bi3+在晶体内部的紫外特征发射阻碍了导带电子被陷阱能级俘获的几率。
　　3)采用高温固相法合成了近红外长余辉材料ZGC。X射线衍射结果表明样品为立方晶体。样品存在256nm，300nm，407nm，545nm四个激发峰，其中256nm，300nm对应于Ga-O键之间的电荷迁移跃迁，407nm对应Cr3+的2A2→4T1能级跃迁，545nm对应Cr3+的2A2→4T2能级跃迁。发射峰位于687nm处，对应Cr3+的2E→2A2能级跃迁。余辉性能测试表明样品余辉时间超过20min，余辉峰位于700nm左右对应于Cr3+的2E→2A2能级跃迁。热释光测试显示样品存在2个明显的热释峰分别位于134℃和254℃。可以用多峰高斯函数进行拟合，拟合结果显示出3个热释峰分别为123℃、161℃、254℃。光激励发光性能显示ZGC样品在激励光的作用下重新开始余辉衰减，表现出了很好的光激励长余辉现象。实验测得样品的最佳写入与读出波长分别为335nm和855nm。
　　4)实验结果显示SED与ZGC有比较好的光激励发光性能。三个样品的长余辉发光机理与光激励发光性能均可以用导带电子复合发光能带模型很好的进行解释。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 序言

1．2 发光材料简介

1．3 稀土发光材料理论知识

1．3．1 稀土元素能级

1．3．2 荧光光谱

1．3．3 长余辉发光理论

1．3．4 光激励发光理论

1．3．5 热致释光理论

1．4 长余辉发光材料的研究现状及应用

1．5 光激励发光材料的研究现状及应用

1．6 本课题的提出及研究内容

第二章 实验部分

2．1 荧光粉制备

2．1．1 溶胶-凝胶法

2．1．2 共沉淀法

2．1．3 水热法

2．1．4 燃烧法

2．1．5 高温固相法

2．2 试验样品的合成

2．3 测试实验

第三章 Eu2+，Dy3+共掺SrAl2O4发光材料的制备与光学性能研究

3．1 SED样品的结构分析

3．2 SED样品的荧光性能

3．3 SED样品的长余辉性能

3．4 SED样品的光激励发光性能

3．5 SED样品的热释光曲线

3．6 SED样品的发光机理研究

3．7 SED样品的写入与读出性能

3．8 本章小结

第四章 SrAl2O4∶Eu2+，Bi3+长余辉发光材料的制备与光学性能研究

4．1 SEB样品的制备与表征

4．2 SEB样品的荧光性能

4．3 SEB样品的长余辉性能

4．4 SEB样品的热释光性能

4．5 SEB样品的光激励发光性能

4．6 SEB的发光机理

4．7 本章小结

第五章 ZnGa2EO4∶Cr3+近红外长余辉荧光粉制备与光学性能研究

5．1 ZGC样品晶体结构表征

5．2 ZGC样品的荧光性能

5．3 ZGC样品的长余辉性能

5．4 ZGC样品的热释光性能

5．5 ZGC样品光激励发光性能

5．6 ZGC样品的发光机理研究

5．7 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表论文

声明

致谢