Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+长余辉发光材料的制备与性能研究

摘要

长余辉发光是发光材料学研究领域的热点之一。目前性能最好的长余辉材料分别是铝酸盐基和硅酸盐基长余辉发光材料，其代表分别为SrAl2O4:Eu2+,Dy3+和Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+。两者相比，铝酸盐基磷光体主要缺点在于抗湿性差。相对而言，硅酸盐体系的Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+较铝酸盐体系稳定，而且发光颜色丰富，烧成温度低于铝酸盐体系，因而以Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+为代表的硅酸盐发光材料是一类极有前途的新型长余辉发光材料。
　　有关长余辉发光材料的研究主要集中在稀土离子掺杂浓度对材料发光性能的影响以及长余辉发光机理。本论文综合阐述了Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+的发展及其应用，并利用高温固相法制备了蓝色长余辉发光材料Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+，结合XRD、PL、UV-Vis等测试手段对制备的样品做更进一步深入的测试分析，研究了Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+的发光性能与合成温度、硼酸添加量、稀土离子掺杂浓度与比例之间的关系，并对Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+的长余辉发光机理进行了探讨。近年来，基于SrAl2O4:Eu2+,Dy3+长余辉发光材料的力致发光现象的研究越来越多，但是对Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+体系的力致发光的研究较少。基于以上考虑，本论文主要研究Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+体系的力致发光性能。
　　烧结温度是影响长余辉发光材料的重要因素。烧结温度过低则无法获得目标晶相，烧结温度过高则造成样品呈现玻璃态，两者都会造成发光性能下降。高温固相法制备Sr2MgSi2O7:Eu2+, Dy3+的最佳合成温度为1300℃。硼酸作为助熔剂能起到降低烧结温度的作用，促进固相反应的进行。当硼酸含量较低时需要更高的温度，但是当硼酸含量过高时在晶体中则形成杂质晶相。当硼酸添加量逐渐增大直到50mol％时，长余辉发光性能越来越好。
　　Eu2+、Dy3+掺杂浓度对Sr2MgSi2O7发光和余辉性能有重要的影响。Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+样品均呈现较宽的激发谱带，发光中心波长位于470nm，对应于Eu2+离子的4f65d1→4f7电子跃迁。当Eu2+浓度超过一定浓度时，会导致浓度淬灭，使发光亮度变低，余辉时间缩短。随着Eu2+浓度的增加，各发射峰会出现红移，这归结为晶体场能级劈裂和Stokes位移，表现为Eu2+离子之间的非辐射能量转移。Dy3+离子的掺入会抑制Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+的发光，但是显著提高余辉时间。不过，当Dy3+浓度超过10mol%，荧光寿命将会缩短。这是由于隧穿复合导致Eu2+\Dy3+浓度淬灭。通过对材料漫反射谱的测试分析发现，Dy3+会在材料中形成若干杂质能级，这些能级的作用是存储电子而不参与发光，即充当陷阱能级的作用。
　　通过一套自制的小球下落冲击测试装置研究了Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+长余辉发光膜的力致发光特性。研究发现，力致发光强度与小球下落前的初始高度即小球的动能成指数关系。而发光强度直接决定于陷阱能级中的束缚电子浓度。当冲击力消失后，束缚在陷阱能级上的电子缓慢释放，通过Eu2+发光中心发光，形成典型的余辉曲线。

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2长余辉发光材料的分类

1.3 长余辉发光机理

1.4 长余辉发光材料的制备

第二章 实验方案设计与研究方法

2.1 样品的制备

2.2 样品的测试仪器与表征

第三章 Eu2+、Dy3+掺杂浓度对Sr2MgSi2O7:Eu2+, Dy3+性能的影响

3.1 引言

3.2 Eu2+掺杂浓度对Sr2MgSi2O7性能的影响

3.3 Dy3+掺杂浓度对Sr2MgSi2O7性能的影响

3.4 不同Eu2+、Dy3+掺杂浓度的Sr2MgSi2O7:Eu2+, Dy3+漫反射光

3.5 Sr2MgSi2O7:Eu2+, Dy3+长余辉发光机理探讨

3.6 本章小结

第四章 不同制备工艺对Sr2MgSi2O7:Eu2+, Dy3+性能的影响

4.1 引言

4.2 烧结温度对Sr2MgSi2O7:Eu2+, Dy3+性能的影响

4.3 硼酸添加量对Sr2MgSi2O7:Eu2+, Dy3+性能的影响

4.4 本章小结

第五章 Sr2MgSi2O7:Eu2+, Dy3+薄膜的力致发光性能

5.1 引言

5.2 实验

5.3 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录作者在读期间发表的学术论文