稀土掺杂正硅酸盐的长余辉与光激励发光特性研究

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在如今的社会中,无机长余辉发光材料已经是人们的生活中不可缺少的重要部分,在各个领域的应用越发频繁。但是随着大数据时代的到来和科学技术的发展,人们对长余辉发光材料的要求已经不仅仅只存在于传统的应用范围内,对其性能的要求有了进一步的提升。硅酸盐具有丰富的结构,良好的热稳定性,优异的抗水性和突出的物理化学性质,和铝酸盐相比较而言,硅酸盐的合成温度较低且原材料易于获取,尤其在防水抗潮方面,硅酸盐具有优越性,所以作为合成荧光粉的基质来说,硅酸盐是最佳候选者之一。而光激励发光,是指当物质在受到外界的光、高能射线或离子的刺激的情况下,能够通过捕获电荷载流子实现能量储存,然后通过光刺激将能量转化为光。本文对长余辉材料、光激励材料的发展历史及研究现状进行了系统的调研与分析。在此基础上,本论文选择稀土掺杂正硅酸盐长余辉与光激励发光特性作为研究内容,获得的主要结果如下:(1)使用传统的高温固相法合成了新型的正硅酸盐荧光粉Ba1.4Ca0.6SiO4:Eu2+,Dy3+,对其X射线衍射图谱、光致发光和余辉光谱、衰减曲线图谱、余辉光谱、热释光光谱以及光激励发光光谱和热释光进行了系统的研究。其X射线衍射图谱显示,材料的成相良好。考察了不同的Eu2+和Dy3+的离子浓度对光致发光和余辉光谱的影响,光致发光和余辉光谱表明在354 nm的光激发下,400 nm到700 nm波段的两个发射峰分别位于450 nm和504 nm,其中最强发射峰位于504 nm。其中450 nm和504 nm的发射峰是因为Eu2+的4f→5d的跃迁,而在余辉光谱中450 nm存在的尖峰是因为Dy3+的4f92/→6h152/的跃迁,确定了Eu2+、Dy3+的最佳掺杂量分别是0.01 mol和0.02 mol。通过热释光的曲线,对陷阱的深度进行了分析与计算。实验发现此材料具有良好的光激励发光性能。本文认为在Ba1.4Ca0.6SiO4:Eu2+,Dy3+荧光粉中,Eu2+取代了钡和钙两个不同的位点,充当了此荧光粉的发光中心,而Dy3+的加入增加了陷阱的密度,使余辉的时间和发光强度都得到了显著的提升。(2)使用传统的高温固相法合成了新型的正硅酸盐荧光粉BaCaSiO4:Eu2+,Pr3+,光致发光和余辉光谱表明,其400 nm到700 nm波段中,最强的发射峰在505 nm,此发射峰归属于Eu2+的4f→5d跃迁,Pr3+的引入并没有改变陷阱的个数,而是增加了陷阱的密度,促使更多的电子从4f被激发到5d能级,电子从5d跃迁到4f级产生发光,最终表现为发光增强。从光致发光和余辉光谱可以看出最强的发射峰均处于505 nm处,显示发光主体是Eu2+离子。改变Eu2+的浓度,其发光强度先增强,达到最佳浓度后会下降,在此基础上掺杂Pr3+离子,选出最佳发光性能的样品,从而得出Eu2+和Pr3+的最佳浓度分别是0.015 mol和0.005 mol。热释光的曲线的分析显示,在撤去紫外光24 h后,陷阱中仍能保存一半以的电子。将BaCaSiO4:Eu2+,Pr3+制备成柔性薄膜,用254 nm的紫外光写入信息,通过热激励或者光激励读出柔性膜中的信息。实验显示这一材料有希望用于光学信息的存储。
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