新型紅色和白色長余輝材料的研制及其發(fā)光特性研究.pdf

1、本論文主體由四章組成，第一章-緒論從宏觀角度介紹了本論文主題-長余輝材料的背景知識，第二章到第四章則分別介紹了幾種新型紅色和白色長余輝材料的制備過程，并研究了它們的晶體結(jié)構(gòu)和發(fā)光特性。 第一章中，闡述了光致發(fā)光的基本概念和本論文所涉及的兩類摻雜離子：稀土離子和過渡金屬離子的發(fā)光特性，并介紹了長余輝材料的近年研究進展和相關(guān)的熱釋光理論。 第二章是本論文的重點內(nèi)容。這一章詳細討論了紅色長余輝材料Mg<,2>SiO<,4>：D

2、y<'3+>，MngSiO<,3>：Eu<'2+>，Dy<'3+>，Mn<'2+>的制備和發(fā)光性能研究，其主要內(nèi)容可以分成三個部分： 1．溶膠凝膠法制備的MgSiO<,3>：Mn<'2+>與Mg<,2>SiO<,4>：Mn<'2+>晶化過程研究和發(fā)光比較。通過MgSiO<,3>：Mn<'2+>和Mg<,2>SiO<,4>：Mn<'2+>樣品前驅(qū)物的熱重和差熱測量，我們測得兩種樣品的成相溫度，并確定了實驗的預(yù)燒結(jié)溫度(450℃)和

3、燒結(jié)溫度(1300℃)。產(chǎn)物的XRD分析表明制得的MgSiO<,3>和Mg<,2>SiO<,4>主相分別為原頑輝石(No.11-0273)和鎂橄欖石(No．85-1364)。Mg<,2>SiO<,4>的晶體結(jié)構(gòu)分析表明：在Mg<,2>SiO<,4>中存在兩種Mg<'2+>格位-反演對稱八面體格位(M<,1>)和鏡像對稱八面體格位(M<,2>)。 和MgSiO<,3>：Mn<'2+>不同，Mg<,2>SiO<,4>：Mn<'2+>

4、發(fā)射譜明顯包含兩個發(fā)射峰，我們將其歸因于占據(jù)兩種不同的Mg<'2+>格位M2和M1的Mn<'2+>發(fā)射。MgSiO<,3>：Mn<'2+>的發(fā)射譜峰隨Mn<'2+>濃度增加而輕微紅移，原因是Mn<'2+>的交換互作用(Exchangeinteraction)。相同摻雜濃度的MgSiO<,3>：Mn<'2+>發(fā)光強于Mg<,2>SiO<,4>：Mn<'2+>，而且猝滅濃度也比后者要高，可能原因是前者的SiO<,4>四面體鏈狀結(jié)構(gòu)使摻雜離子

5、距離較遠而難以發(fā)生濃度猝滅。 2．高溫固相法制備的Mg<,2>SiO<,4>：Dy<'3+>，Mn<'2+>的發(fā)光性質(zhì)。在這個部分中，我們首先對Mg<,2>SiO<,4>：Mn<'2+>的發(fā)射和激發(fā)光譜進行了較詳細的分析，用T-S圖指認了大于300nm的激發(fā)峰對應(yīng)的躍遷。Dy<'3+>在雙摻樣品中的作用是本部分的重點研究內(nèi)容。首先，我們由熱釋光曲線分析確認了Dy<'3+>的陷阱作用。此外，我們還觀測到了一個新穎的現(xiàn)象：在雙摻樣品

6、中，Dy<'3+>的摻入大大加強了Mn<'2+>發(fā)射，這種Dy<'3+>對Mn<'2+>的敏化現(xiàn)象還未在長余輝材料中報道過。但對于這種現(xiàn)象還沒有一個確定的解釋，還需要深入研究。我們推測這可能是由于Dy<'3+>→Mn<'2+>的能量傳遞。 3．溶膠凝膠法制備的MgSiO<,3>：Eu<'2+>，Dy<'3+>，Mn<'2+>發(fā)光性質(zhì)。在此我們闡述了三種摻雜離子的作用。Mn<'2+>的強發(fā)射和余輝光譜中只能監(jiān)測到Mn<'2+>發(fā)射

7、的事實說明Mn<'2+>為發(fā)光中心。我們在三摻樣品的Mn<'2+>發(fā)射對應(yīng)的激發(fā)譜中觀測到Eu<'2+>的305nm激發(fā)帶，而且三摻樣品的Eu<'2+>發(fā)射弱于單摻Eu<'2+>樣品，由此我們認為Eu<'2+>的主要作用是近紫外激發(fā)下傳遞部分能量給Mn<'2+>來增強Mn2’發(fā)射。樣品的熱釋光曲線證明了Dy<'3+>的陷阱作用。用熱清除方法，我們在MgSiO<,3>：Dy<'2+>熱釋光曲線中分離出單個熱釋光峰，對它們的擬合可以得出Mg

8、SiO<,3>：Dy<'2+>的365K和489K熱釋光峰都是二級峰，陷阱深度分別為0.733eV和1.26eV，并且得出了它們的頻率因子數(shù)量級。對比MgSiO<,3>基質(zhì)和MgSiO<,3>：Dy<'3+>熱釋光曲線，我們認為MgSiO<,3>：Dy<'3+>什的這兩個熱釋光峰起源是DyMg<'o>而不是V<,o><'∞>。 在第三章中，介紹了高溫固相法制備的白色長余輝材料Ca<,2>MgSi<,2>O<,7>：Dy<'3+>

9、和Y<,2>O<,2>S：Tb<'3+>，Sm<'3+>的發(fā)光特性。Ca<,2>MgSi<,2>O<,7>：Dy<'3+>的Dy<'3+>發(fā)射對應(yīng)的激發(fā)光譜中，260nm處存在強基質(zhì)吸收帶，這有助于提高材料近紫外激發(fā)下的發(fā)光性能，是本材料的一個優(yōu)點。Ca<,2>MgSi<,2>O<,7>：Dy<'3+>的余輝3h后可見，余輝光譜表明其余輝顏色處在白光范圍，但光色偏黃。我們用熱清除方法從Ca<,2>MgSi<,2>O<,7>：Dy<'3+

10、>樣品的熱釋光曲線中分離出兩個熱釋光峰，并計算了對應(yīng)的陷阱深度和頻率因子。Y<,2>O<,2>S：Tb<'3+>，Sm<'3+>是對本組所作的Y<,2>O<,2>S：Tb<'3+>的改進。共摻Sm<'3+>的作用有兩個：一個是利用Sm<'3+>紅光發(fā)射調(diào)節(jié)光色處于合適范圍(符合IEC標準的日光色)，另一個作用是引入深度合適的陷阱。 第四章則介紹了對一類新型的紅色長余輝材料：Mn<'4+>激活的鋁酸鹽材料所作的探索性工作。研究結(jié)果