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稀土掺杂铝酸盐系列是一类新型节能环保材料,由于其具有的蓄光放光的功能备受人们青睐,亮度高、余辉时间长的优点使其实现了商业化运营,但仍存在发光颜色不丰富,合成温度高等缺点。另外,对发光机理的研究尚未也达成共识,所以这类材料仍然是人们的研究热点。Eu2+离子是最常用的一种稀土掺杂离子,一般作为发光中心。Eu2+离子电子构型为:4f75s25p65d0,其发光是由4f65d→8S2/7(4f7)跃迁所引起的,由于5d壳层电子能级是裸露的,受外界晶体场影响很大,故在不同基质晶体场中,5d能级被劈裂程度不同,导致了Eu2+离子的发光波长存在很大不同。本文采用高温固相反应合成了S4Al14O25:Eu2+,Dy3+基质材料,为了研究Eu2+离子在不同基质结构中的发光,我们采用在原料中掺入Ca2+和Ba2+,增加掺入的量来不断替换基质中的Sr2+,讨论了起始反应物中锶钙(钡)的比例对样品结构,光致发光波长,余辉特性的调控作用,并结合热释光谱数据对余辉机理进行了初步研讨。
本研究在高温固相法在1350摄氏度高温条件下,合成了名义组成为Sr4-xCaxAl4O25:Eu2+,Dy3+(X=0,0.8,1.6,2.4,3.2,4)长余辉发光材料。X射线衍射图谱显示随着Ca掺入量的不断增加,样品物相结构由Sr4Al14O25正交晶系变为CaAl4O7单斜晶系,且样品均为单相,即Ca在Sr4-xCaxAl14O25:Eu2+,Dy3+单相中的固溶极限为x<2.4。在物相结构保持为Sr4Al14O25单相结构的样品中,其发射光谱均为宽带发射谱,且随着x的不断增加,样品发射峰位发生蓝移。余辉衰减特性表明在保持Sr4Al14O25单相结构的样品中,随着掺入Ca的量不同,其余辉慢衰减时间不同。热释光谱分析证实样品余辉衰减时间不同,是因为其中存在不同深度的陷阱能级,且陷阱深度越深,其余辉衰减时间越长。采用高温固相法合成了Sr4-xBaxAl14O25:Eu2+,Dy3+(X=0,0.8,1.6,2.4,3.2,4)长余辉发光材料。XRD显示随着Ba掺入量的不断增加,样品物相结构由Sr4Al14O25单相结构发生变化。当x=0.8时,产物物相为单斜结构SrAl2O4和磁铅矿结构SrAl12O19组成结构共存；当x>1.6时,产物主相转变为BaAl2O4六角结构。即Ba在铝酸盐中的固溶极限为x<1.6。样品发射光谱均为宽带发射谱,在x>1.6的样品中,样品发射峰位均发生移动,即改变钡锶比(x值),可以使得样品发光颜色有所改变。余辉光谱显示x>1.6时,产物的余辉发光是以BaAl2O4基质中Eu2+为发光中心,在BaAl12O19晶体中,不产生长余辉现象。余辉衰减特性表明在主相保持BaAl2O4结构的样品中,随着Sr含量的不同,其余辉慢衰减时间不同。热释光谱分析证实样品余辉衰减时间不同,是因为其中存在不同深度的陷阱能级,且陷阱深度越深,其余辉衰减时间越长。对Sr4-xCaxAl14O25:Eu2+,Dy3+和Sr4-xBaxAl14O25:Eu2+,Dy3+长余辉发光材料而言,通过改变x(锶钙(钡)配比)的值来调控材料的发光颜色和余辉特性。