BaAl2O4:Eu2+,Dy3+长余辉材料的制备技术与性能表征

摘要

长余辉材料是一种可以储存能量的发光材料，因其奇特的物理现象可以应用到照明、装饰、生物医学和环境工程等很多领域。从最初余辉性能较弱掺杂Cu的硫化物材料到广泛运用的铝酸盐材料，再到最新发现具有超长余辉的镓酸盐材料，长余辉材料已经有了几十年的研究，而且发光颜色的种类和能量激发方式的种类都有了大幅度的增多。这些长余辉材料品种在人类的实际生活中很快得到运用，引起了研究者的广泛关注，研究的材料基质种类也从怕水怕热化学不稳定性的材料发展到了抗水抗热稳定性良好的材料，甚至具有余辉形式的有机材料也在慢慢被人们发现。然而在长余辉材料种类增多和性能提高的同时，材料的余辉机理还处在探索阶段，就目前已知的几种根据实验数据得出的假设性余辉理论中，没有哪一种机理可以统一解释所有的长余辉现象。本文以青绿色长余辉材料BaAl2O4∶Eu2+，Dy3+为研究对象，采用固相法和共沉淀法为制备技术，利用XRD、PL、余辉曲线和扫描电镜等分析手段，通过探讨制备方法和离子掺杂对晶体缺陷的影响，改善了BaAl2O4∶Eu2+，Dy3+长余辉材料的发光性能，提高了余辉强度和余辉时间。研究内容主要包括以下几个方面:
　　(1)利用固相法在1000℃、1200℃和1400℃制备BaAl2O4∶Eu2+和BaAl2O4∶Eu2+，Dy3+长余辉材料。通过对比不同温度下的XRD、PL和余辉曲线得出，升高温度可以促进长余辉材料的结晶，并增强材料的荧光强度，而且在还原气氛下升高温度有利于氧空位的形成，增加了更多的电子势阱，延长了余辉时间。通过对比BaAl2O4∶Eu2+和BaAl2O4∶Eu2+，Dy3+的发光情况，说明了Dy3+可以调整缺陷，从而大幅度的增强余辉效果，但缺陷的增多也抑制了荧光的发光强度。虽然目前还没有直接数据表明Dy3+直接参与了余辉过程，但利用能带模型理论可以很好地解释Dy3+增强余辉效果的现象。
　　(2)通过在固相法中运用Li2CO3做助熔剂合成BaAl2O4∶Eu2+，Dy3+长余辉发光材料，发现了Li+具有调节晶体中缺陷种类和数量的功能。利用Li2CO3做助熔剂，由于Li+的半径较小，可以通过调节掺入Li2CO3的量来控制Li+进入晶体中的不同位置。当Li+锂离子的量较少时进入钡离子空位，可以通过调整晶体场的对称性增强荧光效果和余辉效果。随着Li2CO3量的增加，锂离子开始替代钡离子，这个过程中由于电荷补偿会形成可以作为电子陷阱的氧空位，从而促进余辉过程，但是新增的缺陷也降低了荧光效果。当Li2CO3超过一定量后，Li+会进入间隙，进入间隙的Li+会剧烈的改变晶体场环境，造成荧光和余辉现象同时受到抑制。虽然常用的H3BO3也作为助熔剂来增强发光效果，但通过对比发现，添加Li2CO3做助熔剂发光效果最佳的BaAl2O4∶Eu2+，Dy3+长余辉材料样品的余辉性能远好于添加H3BO3发光效果最佳的样品。
　　(3)利用共沉淀法在不同温度下（800℃、1000℃、1200℃和1400℃）制备BaAl2O4∶Eu2+，Dy3+长余辉材料。通过对制备方法和反应过程的分析，结合XRD、PL和余辉曲线的研究发现:利用共沉淀法可以增加反应物前驱体的活性、从而降低反应的合成温度，与固相法相比更容易在较低温度下得到纯相的BaAl2O4∶Eu2+，Dy3+，而且样品的结晶度远比固相法的要好。高活性的前驱体也更容易在较低温度下将Eu3+还原成Eu2+，促进更多的稀土离子参与发光过程。延长保温时间会增加晶体中的参与电子捕获和释放的缺陷，从而也增强了余辉性能。

目录

声明

摘要

1．1 长余辉发光材料

1．2 长余辉材料研究进展

1．2．1 硫化物长余辉材料

1．2．2 氧化物长余辉材料

1．2．3 长余辉材料种类的总结

1．3 长余辉材料主要的合成方法

1．3．1 固相法

1．3．2 溶胶凝胶法

1．3．3 水热和溶剂热法

1．3．4 共沉淀法

1．3．5 燃烧法

1．3．6 激光轰击技术

1．3．7 几种合成方法的简要概括

1．4 长余辉材料的发光原理

1．4．1 导带价带模型

1．4．2 量子隧穿模型

1．4．3 氧空位模型

1．4．4 几种长余辉机理模型的简要概括

1．5 研究的目的和意义

1．6 本论文的研究内容

第2章 固相法制备BaAl2O4：Eu2+，Dy3+长余辉材料

2．1 引言

2．2 实验试剂

2．3 实验仪器

2．4 BaAl2O4：Eu2+，Dy3+长余辉材料的制备

2．5．2 样品PL分析

2．5．3 样品余辉分析

2．6 结果与讨论

2．7 本章小结

第3章 Li2CO3做助熔剂对BaAl2O4：Eu2+，Dy3+长余辉材料的影响

3．1 引言

3．2 实验试剂

3．3 实验仪器

3．5 BaAl2O4：Eu2+，Dy3+长余辉材料的表征

3．5．1 样品物相分析

3．5．2 样品PL分析

3．5．3 样品余辉分析

3．5．4 样品SEM表征

3．6 结果与讨论

3．7 本章小结

第4章 共沉淀法制备BaAl2O4：Eu2+，Dy3+长余辉材料

4．1 引言

4．2 实验试剂

4．3 实验仪器

4．4 BaAl2O4：Eu2+，Dy3+长余辉材料样品的制备

4．5．2 样品PL分析

4．5．3 样品余辉分析

4．6 结果与讨论

4．7 本章小结

第5章 结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢