【摘 要】
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在激发源停止后,长余辉材料会以较长时间连续发光的形式释放出能量。其发光的机理不同于荧光材料,发光过程中会涉及陷阱对载流子的捕捉、储存和释放过程。尖晶石型的ZnGa2O4因为具有化学性质稳定、禁带宽（4.4～4.8 e V）、易于离子掺杂等优点,被大量报道证实是良好的长余辉发光基质。其中,尤其是Cr3+掺杂ZnGa2O4体系已经展现出优异的性能和巨大的潜力。目前对于长余辉材料的研究大都局限于粉末形态
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在激发源停止后,长余辉材料会以较长时间连续发光的形式释放出能量。其发光的机理不同于荧光材料,发光过程中会涉及陷阱对载流子的捕捉、储存和释放过程。尖晶石型的ZnGa2O4因为具有化学性质稳定、禁带宽（4.4～4.8 e V）、易于离子掺杂等优点,被大量报道证实是良好的长余辉发光基质。其中,尤其是Cr3+掺杂ZnGa2O4体系已经展现出优异的性能和巨大的潜力。目前对于长余辉材料的研究大都局限于粉末形态。在实际应用过程中面临恶劣环境时,长余辉透明陶瓷因其机械强度高、耐高温低温、耐酸碱腐蚀等特性,具有更广泛的应用前景。值得注意的是,因为外部激发光可以穿透样品,从而诱导透明陶瓷内部形成载体,所以不仅长余辉透明陶瓷的余辉性能与其粉体形态相比是更优秀的,而且改变长余辉透明陶瓷体积大小可以实现余辉发光性能的宏观调谐。为了充分发挥长余辉透明陶瓷的优势,本文对ZnGa2O4体系透明陶瓷化进行尝试,首次成功地制备出一系列ZnGa2O4基长余辉发光透明陶瓷。本文主要研究内容包括以下几点:（1）从共沉淀法制备ZnGa2O4的粉体入手,系统地研究了不同沉淀剂用量对0.5 at.%Cr:ZnGa2O4的粉体影响。对空气预烧后的0.5 at.%Cr:ZnGa2O4陶瓷进行HIP处理,成功地获得0.5 at.%Cr:ZnGa2O4长余辉发光透明陶瓷。该陶瓷在800 nm处的直线透过率为66.4%（1.3 mm厚）,平均晶粒尺寸为515 nm。陶瓷能被紫外光和可见光有效激发,产生峰值为700 nm的窄带发射。0.5 at.%Cr:ZnGa2O4长余辉发光透明陶瓷在1000 lx的日光激发后产生了数十分钟肉眼可见的红色余辉发光（>0.32 mcd/m~2）,余辉性能远远超过0.5 at.%Cr:ZnGa2O4长余辉粉体。（2）在制备出0.5 at.%Cr:ZnGa2O4长余辉透明陶瓷的基础上,改变Cr3+的掺杂浓度。结果表明,一定量的Cr3+掺杂会促进Cr:ZnGa2O4陶瓷的气孔排除,光学质量提升。掺杂浓度为0.5 at.%、0.75 at.%、1.0 at.%、1.25 at.%的ZnGa2O4透明陶瓷的样品在800 nm处的直线透过率分别为60.1%、66.3%、69.3%、66.4%（1.3 mm厚）。HIP后的陶瓷样品晶粒尺寸均在700 nm左右。1.0 at.%Cr:ZnGa2O4透明陶瓷表现出最好的余辉性能,其快衰减寿命τ1和慢衰减寿命τ2分别为62.2s和1290.5 s。（3）引入Bi3+作为共掺离子,制备了Cr,Bi:ZnGa2O4陶瓷。Cr,Bi:ZnGa2O4陶瓷激发峰峰形与单掺杂Cr的ZnGa2O4陶瓷一致,可以被200 nm至650 nm的光有效激发产生红光发射,但Bi3+的掺杂并未显著改善Cr:ZnGa2O4陶瓷的余辉性能。（4）制备了1 at.%Eu:ZnGa2O4长余辉发光透明陶瓷。HIP后陶瓷平均晶粒尺寸为1.5μm,内部存在狭长的气孔,可以看到明显的第二相存在。经过分析,第二相有可能为Eu2O3。该陶瓷在800 nm处直线透过率为14.5%（厚度为1.3mm）。（5）制备了0.1 at.%Bi:ZnGa2O4长余辉发光透明陶瓷。HIP处理后的陶瓷中只保留了极少量的气孔,晶粒尺寸比较均匀,平均晶粒尺寸为700～800 nm。陶瓷在800 nm处直线透过率为63%（厚度为1.3 mm）。0.1 at.%Bi:ZnGa2O4透明因为内部杂质的存在,余辉性能较差。（6）制备了2 at.%Dy:ZnGa2O4长余辉发光透明陶瓷。2 at.%Dy:ZnGa2O4透明陶瓷中存在的一定量的气孔,陶瓷的晶粒大小分布不均匀,有明显的第二相Dy2O3存在。2 at.%Dy:ZnGa2O4透明陶瓷800 nm处的直线透过率为47.9%（厚度为1.3 mm）,透明陶瓷余辉性能与预烧陶瓷相比得到了提升。
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