M2SiO4(M=Sr,Ba)长余辉发光材料的合成与发光性能研究

摘要

稀土掺杂硅酸盐是一类新型节能环保材料，由于其具有蓄光放光的功能因此备受人们青睐，而且亮度高、色彩丰富、余辉时间长的优点使其产品得到了商业化生产，但同时也存在红色区域的发光不是很理想，合成温度比较高等缺点。另外，对发光机理的研究也尚未达成共识，所以这类材料仍然是人们的研究热点。
　　 Eu2+离子是最常用到的一种稀土掺杂离子，大多的情况下其在基质中都是做发光中心。Eu2+离子的电子结构为：4f75d0，其发光是由4f65d1-4f75d0跃迁所而导致的，因为5d壳层的电子能级是裸露的，受到外界晶体场影响很大，所以在不同的基质晶体场中，5d能级被劈裂程度会不同，从而导致了Eu2+离子的发光存在着很大的区别。本文采用高温固相反应合成了M2SiO4：Eu2+(Dy3+)(M=Sr，Ba)基质材料，为了研究Eu2+离子在基质中的发光，我们在原料中不断改变掺入Dy3+、Ba2+以及Sr2+离子的量，并讨论了Dy3+的离子的掺入对基质发光性能所产生的影响。同时讨论了起始反应物中锶(钡)的比例对样品结构，光致发光波长，发光强度，发射峰的峰位以及余辉特性的调控作用，并且根据热释光特性对样品进行了分析。
　　 采用高温固相法在弱还原的气氛下合成了Sr1.97SiO4：Eu2+0.03高亮度的长余辉材料。通过X射线衍射(XRD)分析发现所制得的样品属于α'-Sr2SiO4斜方晶系结构；样品的光致发光特性表明，在320nm激发光的照射下，出现峰位为490nm的宽带发射峰。样品余辉特性显示：样品的余辉衰减特性符合双指数衰减。在温度20℃-325℃内样品有4个热释光峰，峰值温度分别在73℃，147℃，183℃，279℃附近。不同的等待时间热释光曲线表明：在衰减过程中，热释光峰位置发生移动，显示材料中存在缺陷能带；同时不同深度的陷阱衰减规律不同，表明了陷阱之间存在着电子转移现象。
　　 采用高温固相法制备了Sr1.99SiO4：Eu2+0.01，，和Sr1.98SiO4：Eu2+0.01，Dy3+0.01长余辉发光材料，XRD表明样品均为α'-Sr2SiO4斜方晶系结构，光致发光表明，样品均以Eu2+离子为唯一的发光中心，但共掺杂时样品的激发与发射强度得到显著的增强。共掺杂的Dy3+离子在基质中不做为发光中心，但起了能级陷阱的作用，能促进发光材料的发射。余辉特性曲线显示，样品余辉均由一个快衰减过程和一个慢衰减过程组成，符合双指数衰减规律，且共掺杂时的初始余辉强度比单掺杂的初始余辉强度更强，热释光特性表明，共掺杂比单掺杂时的陷阱能级的种类和浓度都有所增加，通过位形坐标模型并结合能带理论对其结果进行了分析。
　　 采用高温固相反应，在弱还原气氛下，1350℃下保温3.5个小时，并在N2作为保护气体下冷却至室温。按化学式Sr2-xBax SiO4：Eu2+，Dy3+(x=0，0.5，1，1.5，2)配比原料，合成长余辉发光材料。X射线衍射分析(XRD)表明所得到的产物均为α'-Sr2SiO4斜方晶系结构，但是样品的XRD峰位随着Ba2+离子掺入量的增加，峰位往低角度方向偏移，这是由于随着Ba2+离子取代Sr2+离子格位从而引起晶格膨胀所导致的。对所得样品采用367nm进行激发，发射光谱表明样品发光是以Eu2+为发光中心，发光是由Eu2+离子中电子的4f65d1-4f75d0跃迁所致，并且随着Ba2+离子掺入量的增加，样品的发光强度得到了显著的增强，同时样品发射光谱峰位发生蓝移现象，这同样也是由于Ba2+取代Sr2+离子格位，导致晶格膨胀，从而影响Eu2+离子的5d能级劈裂情况，进而影响电子4f65d1-4f75d0跃迁。余辉光谱特性表明，产物的余辉发光是以Sr2SiO4基质中Eu2+离子为发光中心。余辉衰减特性和热释光谱分析发现随着Ba2+离子增加，初始余辉强度却呈减弱趋势，这是由于其中所存在的陷阱能级深度和陷阱能级浓度的不同导致的，陷阱能级越浅，浓度越小，其余辉时间越短。同时由于所制的样品发光亮度高，我们对其进行了封装，并对封装的产品进行了性能测试。