长余辉发光材料研究进展

自从20世纪初发现长余辉现象以来，长余辉材料的发展取得了长足进展。从长余辉现象的发现到20世纪90年代，性能最好的长余辉材料为金属硫化物体系长余辉材料。从1992年起，新型铝酸盐长余辉材料的发展十分迅速，它的发光强度、发光时间、化学稳定性都较第一代长余辉材料有很大改进，长余辉材料的发展进入了一个新的阶段。在铝酸盐体系实现了蓝紫、蓝绿、黄绿、黄橙色发光，其中的蓝绿、黄绿两种长余辉材料是目前发光性能最好的长余辉材料。在硅酸盐体系蓝色长余辉材料发光强度及发光时间大大超过铝酸盐体系蓝紫色长余辉材料，是另一类极有前途的新型长余辉材料。红色长余辉材料的发展也取得了很大进步，目前在多个体系实现了红色自发光。性能最好的红色长余辉材料发光亮度达到CaS类红色长余辉材料的6倍以上，余辉时间达6-8小时。长余辉材料的应用研究也进展迅速。     

新型硅酸盐长余辉发光材料

首次在硅酸盐体系中发现了余辉时间长达10h以上的高亮度长余辉现象,并采用高温固相法合成了一系列硅酸盐长余辉发光材料。研究发现：Eu^2 ,Ln共激活的镁黄长石结构的焦硅酸盐化合物和镁硅钙石结构的硅酸盐化合物的余辉发光性能最好。研究了各发光材料的光谱特征、长余辉性能,测量了各发光材料的激发光谱和发射光谱以及余辉衰减曲线。同时研究了其应用性能,并测量了发光材料的热释光谱,x射线粉末衍射图谱,确定了发光材料的晶格类型。     

热释光谱研究长余辉发光材料的陷阱能级

介绍了热释光剂量计和热释光的基本原理。通过测量长余辉发光材料的热释光谱,并采用一阶动力学近似,可以量化分析长余辉发光材料中的陷阱能级的深度、电荷密度等参数,并可以讨论陷阱能级与长余辉性能的关系,深入理解长余辉过程。     

铽激活碱土硼硅酸盐玻璃的长余辉发光性质

首次报道了一种新型的长余辉发光材料,即Tb^3 激活的钡硼硅长余辉发光玻璃。经254nm的紫外灯(辐照度为4．07mW／cm^3)照射30min后,该玻璃发出明亮的绿色长余辉,其余辉在黑暗中持续8h以上仍肉眼可辨。比较样品的余辉光谱和荧光发射光谱,发现两者的峰形、峰位基本相同,说明玻璃样品的绿色余辉发射中心,来自于Tb^3 的特征发射。余辉发射的峰值波长位于543nm,对应于Tb^3 的^5D4→^7F5跃迁。我们通过吸收光谱、荧光的激发和发射光谱、余辉衰减曲线、余辉发射光谱及热释光谱等表征方法,系统地对这种玻璃材料的荧光和长余辉发光性质进行了研究,并讨论了可能的长余辉发光的机理。     

氧空位对Eu2+, Dy3+掺杂的Ca5MgSi3O12发光及余辉性能的影响

利用高温固相法合成了稀土离子Eu²⁺, Dy³⁺掺杂的Ca₅MgSi₃O₁₂长余辉发光材料. 利用光谱学证明了在材料内部存在与氧空位有关的缺陷发光. 通过对比不同条件下合成样品的发光及余辉性能, 发现氧空位对材料的发光及余辉均起到促进作用. 同时发现氧空位发光可以向发光中心传递能量. 利用热释光曲线系统的分析了氧空位对余辉性能的影响. Ca₅MgSi₃O₁₂:Eu²⁺,Dy³⁺是一种潜在的长余辉发光材料. 关键词： 长余辉 氧空位 能量传递 热释光     

Pr3+掺杂红色长余辉发光材料研究进展

Pr3+掺杂长余辉发光材料因其稳定高效的红色持久性发光而备受关注.近年来,Pr3+掺杂红色长余辉发光材料的基础研究和应用探索均取得了长足的进步.本文总结了Pr3+离子发光特性与电荷迁移带位置的关系,概述了最近报道的发光材料体系,讨论了余辉性能的优化途径,介绍了相关材料在信息加密、交流发光二极管(AC-LED)、生物成像...     

Nb5+、Sm3+共掺杂YTaO4的长余辉发光性质

采用高温固相法合成了Nb~(5+)、Sm~(3+)共掺杂YTaO_4长余辉发光材料,通过X射线粉末衍射(XRD)、稳态荧光光谱、漫反射光谱和热释光曲线等多种表征手段研究了材料的结构、荧光和长余辉发光特性。XRD结果表明,共掺杂Nb~(5+)和Sm~(3+)没有引起YTaO_4晶体结构的改变。光谱分析表明,共掺Nb~(5+)不仅可大幅提高YTaO_4中Sm~(3+)的长余辉发光强度,而且可实现长余辉发光颜色的调控。对Sm~(3+)和Nb~(5+)共掺杂调控长余辉发光特性的机理也进行了分析。     

SrAl_2O_4∶Eu,Dy的粉末粒度与发光性能的关系

SrAl2 O4 ∶Eu ,Dy发光材料是近年来发展起来的一种高效的长余辉发光材料 ,具有绿色余辉。本实验对发光材料的粉末进行了粒度分级 ,研究了粒度的大小对发光效果的影响 ,粒度越小发光效果越差。利用扫描电镜分析了发光粉末的化学成分 ,探讨了影响发光的原因。     

SrAl2O4:Eu,Dy的粉末粒度与发光性能的关系

SrAl2O4:Eu,Dy发射材料是近年来发展起来的一种高效的长余辉发光材料，具有绿色余辉。本实验对发光材料的粉末进行了粒度分级，研究了粒度的大小对发光效果的影响，粒度越小发光效果越差。利用扫描电镜分析了发光粉末的化学成分，探讨了影响发光的原因。     

长余辉发光玻璃研究进展

介绍了长余辉发光玻璃的研究历程与进展，从长余辉发光玻璃的发展过程、发光机理、制备方法和发展现状等方面进行了分析，并对长余辉发光玻璃研究中存在的一些问题和发展方向提出了一些见解。     

Mn4+掺杂的新型铝酸盐红色长余辉材料

用高温固相法合成了红色长余辉发光材料LiAl₅O₈:Mn⁴⁺,Li₅AlO₄:Mn⁴⁺,LiAlO₂:Mn⁴⁺,发现前两种材料有红色余辉,这方面并没有报道过,并对这两种材料的发光性能作了研究,指明了不同基质中发光强弱不同原因。对不同Mn⁴⁺掺杂浓度的材料做了浓度依赖关系研究,确认Mn⁴⁺的发光是²E→⁴A₂的跃迁。Mn⁴⁺的发光是个宽带谱,材料在紫外区有强的吸收,发射谱范围可达620~770nm,峰值在675nm。对长余辉机制进行了探讨。     

(Eu2+,Nd3+): CaAl2O4的长余辉发光及机理的研究

采用高温固相反应法制备了Eu²⁺: CaAl₂O₄、(Eu²⁺,Nd³⁺): CaAl₂O₄, 等系列材料.测量了其激发、发射光谱及余辉衰减曲线.分析了掺杂稀土离子对长余辉发光的作用.并对其发光机理进行了深入地探讨.     

白色长余辉材料CaxMgSi2O5+x：Dy3+系列的发光性能

制备并研究了一系列具有白色长余辉的钙镁硅酸盐材料,Ca_xMgSi₂O_5+x:Dy³⁺(x=1,2,3)。在紫外激发的发射谱中观察到来自Dy³⁺的4f组态内发射:对应⁴F_9/2→⁶H_15/2跃迁的蓝色发射(480nm)以及对应⁴F_9/2→⁶H_13/2跃迁的黄色发射(575nm)。低压汞灯(254nm)辐照后产生的长余辉光谱成分与发射谱相同,蓝光与黄光的混合组成白色光。对所研究的大部分样品,白色长余辉发射持续时间超过1h。研究了发射光强度对Dy³⁺浓度的依赖以及黄光与蓝光强度比与Dy³⁺掺杂浓度之间的关系,发现不同的基质有不同Dy³⁺浓度的依赖关系。室温以上的热释光谱表明所研究材料在室温以上具有丰富的热释光峰,因此有潜力进一步改善其长余辉性能。结合实验结果和以往研究,简要讨论了这一类材料的陷阱来源和长余辉发射机理。     

长余辉发光材料的紫外-可见反射光谱测定

用“湿法”制备了长余辉发光材料,原料通过水溶液液相分子水平上的均匀混合,利用金属硝酸盐和有机还原剂在较低的温度下发生氧化还原燃烧反应,一步快速生成产品。加热起燃温度低至500℃,反应时间短,所制得的产品成份均匀,晶粒小,外观呈蓬松状态,易研磨粉碎,粉体表观密度小。以紫外－可见分光光度计测定分析了所制备样品在蓄光前后的反射光谱特征并作了探讨。结果表明,除表观密度外,“显法”与“干法”制备的长余辉发光材料的主要性质相同,紫外－可见反射光谱可以准确描述长余辉发光材料的紫外－可见光谱性能特征。     

快速溶胶-凝胶法制备SrAl2O4：Eu^2＋,Dy^3＋绿色长余辉荧光粉及表征

建立一种快速溶胶-凝胶法制备长余辉材料的方法。以柠檬酸,硝酸锶,硝酸铝及硝酸铕等为原料,实现了该法的快速制备过程。研究结果表明,通过改进可使该法制备铝酸锶长余辉材料的时间缩短至12h以内,X射线粉末衍射,扫描电镜,光谱分析等表明,使用该方法与传统溶胶-凝胶法制备的样品其性能基本一致。     

Li~+掺杂Sr_2MgSi_2O_7∶Eu~(2+),Dy~(3+)长余辉材料的发光性能

采用高温固相法制备Li+掺杂Sr2Mg Si2O7∶Eu2+,Dy3+长余辉材料,对样品进行X射线衍射、扫描电镜、激发光谱、发射光谱、余辉衰减曲线和热释光曲线表征,研究了Li+掺杂对Sr2Mg Si2O7∶Eu2+,Dy3+发光性能的影响。实验结果表明:Li+掺杂对样品激发光谱和发射光谱的峰形、峰位基本没有影响,但是能改善样品的余辉性能。与未掺杂Li+的样品比较,Li+掺杂摩尔分数为2.5%样品的初始发光强度提高了1.5倍,余辉衰减常数提高了1.6倍。通过热释光曲线表征分析陷阱数量并计算了陷阱深度,分析表明,掺杂Li+能增加基质中氧空位的数量,适量增加陷阱深度,从而提高材料的发光性能。     

长余辉材料SrAl2O4 ∶ Eu,Dy中Eu的 价态变化及对发光性能的影响

采用高温固相法,先在空气气氛下制备了SrAl₂O₄ ∶ Eu,Dy,后对其进行还原→氧化→还原处理。X射线衍射结果表明,经过还原→氧化→还原处理后样品的晶体结构没有改变。样品的发射光谱测试表明,在高温空气气氛下有少量的Eu³⁺还原成Eu²⁺。Eu³⁺和Eu²⁺有不同的发光特性,Eu³⁺产生的是线状特征光谱,发射峰值在592,616 nm。Eu²⁺产生的是带状光谱,带的中心位置在513 nm。经过还原处理的样品和经过氧化处理的样品相比,Eu²⁺的浓度得到显著提高,而Eu³⁺的浓度则急剧下降。对Eu²⁺的氧化、Eu³⁺的还原的机理进行了细致地讨论。另外,样品的热释光谱测试表明,经过氧化气氛处理和经过还原气氛处理过的样品的热释光峰值有很大的变化,但陷阱能级深度基本不变,在0.65 eV左右。这表明,对长余辉材料SrAl₂O₄ ∶ Eu,Dy进行还原→氧化→还原处理,Eu离子价态和发光强度会产生变化,并不影响其中Dy离子的陷阱能级。     

红色长余辉材料Mg2SiO4：Dy3+,Mn2+的制备及发光特性

用高温固相法制备了长余辉发光材料Mg₂SiO₄:Dy³⁺,Mn²⁺,对这种材料的红色长余辉性质进行了研究.对以不同掺杂浓度单掺杂Mn²⁺、单掺杂Dy³⁺以及双掺杂Dy³⁺,Mn²⁺的Mg₂SiO₄体系,通过在紫外激发下的发射光谱及其激发光谱的研究,确认了在双掺杂体系中,峰值为660nm的发光带对应着Mn²⁺的⁴T₁(⁴G)→⁶A₁(⁶S)跃迁,Mn²⁺为主要发光中心.Mn²⁺的660nm发射的激发谱分布很宽,样品在近紫外和可见光区都有良好的吸收,长波边可达600nm,是这种材料的一个显著优点.还研究了双掺杂体系中Dy³⁺对Mn²⁺的660nm发光带的敏化作用.另外,通过对单掺杂、双掺杂体系热释光曲线的比较,揭示了双掺杂体系中Dy³⁺的陷阱作用.     

Sr1-xBaxAl2O4：Eu2+ , Dy3+磷光体的 制备及其发光特性

采用高温固相法在1 350 ℃弱还原气氛下制备了Sr_1-xBa_xAl₂O₄ : Eu²⁺ ,Dy³⁺ (x=0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0)长余辉材料,并对其微观结构和发光特性进行了分析。X射线衍射结果表明,当钡的掺杂摩尔分数x＜0.4时,样品晶体结构为SrAl₂O₄单斜晶系结构;当x≥0.4时,样品晶体结构为BaAl₂O₄六角晶系结构;而且随着钡对锶的取代,两种晶体结构的晶格常数都发生了一定程度的膨胀。光致发光测试结果表明,当x从0增大到1.0时,样品发射波长峰值也相应由515 nm逐渐蓝移到494 nm。通过热释光谱测试表明, SrAl₂O₄结构的样品的热释光峰所对应的温度比BaAl₂O₄ 结构的要高,且对应SrAl₂O₄结构的样品的余辉时间更长,初始亮度更高。     

长余辉材料Sr2MgSi2O7：Eu2+,Dy3+中稀土离子的发光特性

利用同步辐射光源(德国HASYLAB实验室的SUPERLUMI实验站)和真空紫外激光(157.6nm)对新型蓝光发射长余辉材料Sr₂MgSi₂O₇:Eu²⁺(0.2%),Dy³⁺(8%)进行了光谱研究。在170nm同步辐射光源激发下,观察到对应Eu²⁺:5d-4f跃迁的477nm发射带和对应Dy³⁺:4f-4f跃迁的两组线谱发射,其中只有来自Eu²⁺的5d-4f发射对长余辉光谱有贡献。在157.6nm激光激发下,除了上述发射外,还明显观察到对应Eu³⁺的红色线谱(590,614,626nm)。结合这些光谱特性,对Sr₂MgSi₂O₇:Eu²⁺,Dy³⁺中稀土离子的发光特性以及长余辉发光机理进行了讨论,并提出了Eu²⁺充当空穴陷阱的可能性。