红色及近红外长余辉材料的合成及特性研究
发布时间：2020-12-13 15:06
长余辉发光材料因其独特的发光性能,在弱光照明、装饰标识等领域具有广泛的应用。目前蓝色和绿色长余辉材料性能较为优异,但红色和近红外长余辉材料性能不佳。针对目前红色和近红外长波长长余辉材料的缺乏以及长余辉机理不完善的问题,我们设计合成了三种新型的长波长长余辉发光材料并围绕其发光和余辉特性展开了系统地研究。本论文的具体研究内容及主要结果如下:一.采用高温固相法成功合成了一种新型的锗酸盐长余辉发光材料CaMgGe2O6:Mn2+,并根据Dorenbos余辉机理模型建立了CaMgGe2O6:Ln2+/Ln3+经验能级图,从理论上预测了CaMgGe2O6:Mn2+荧光粉的最佳共掺杂稀土离子。掺杂Sm3+以后,CaMgGe2O6:Mn2+,Sm3+样品的余辉初始亮度相较于之前...
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Matsuzawa余辉机理模型示意图
兰州大学硕士学位论文红色及近红外长余辉材料的合成及特性研究5图1-2Aitasalo余辉机理模型示意图该模型可以避免产生Eu+的困难，但仍然存在一些问题，一是双光子吸收必须在高密度激发光源下才能产生，而普通的紫外和可见光源的激发很难满足能量需求；二是两步吸收530nm（~2.3eV）陷阱能级的能量差要满足2.3eV，且与Vo，VCa陷阱相近才能形成电子转移；三是想要形成电子空穴对以及他们复合产生的能力并直接传递到发光中心，必须保证Vo，VCa和Eu2+三者在材料中的位置相近，才能保证形成电子空穴对和无辐射共振能量传递[54]。这些要求在余辉发光过程中都很难同时满足。1.3.3Dorenbos余辉机理模型P.Dorenbos等人根据Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+长余辉材料提出了新的余辉机理模型[55]。在该模型中，Dorenbos认为RE2+和RE3+可以做为材料中的空穴陷阱和电子陷阱，该模型也称为镧系离子陷阱模型。当材料受到外界能量激发后，Eu2+的4f基态能级的电子被激发，跃迁到Eu的5d轨道能级处，Eu由二价态Eu2+变成三价态Eu3+，且Eu的5d能级靠近导带，因此电子可以进入导带并迁移至共掺杂的三价稀土离子Dy3+，从而被捕获，形成Dy2+，当激发停止以后，被捕获的电子通过热扰动，从陷阱中释放出来，并通过导带移动至发光中心Eu，并与Eu3+复合，使Eu2+从5d激发态跃迁至4f基态能级，从而产生余辉发光现象，如图1-3所示。Dorenbos机理模型可以有效的避免单价稀土离子和四价稀土离子的产生，在该模型中产生的三价态离子和二价态离子都比较合理，且该模型还给出了各个镧系元素的二价态和三价态在氧化物体系带隙中存在的位置，从而用来解释不同稀土离子的掺杂导致材料余辉性能的不同。但该模型仍然存在一些问题，那就是
兰州大学硕士学位论文红色及近红外长余辉材料的合成及特性研究6无法解释单掺杂样品材料的余辉发光现象，忽略了材料基质本身的缺陷能级如氧空位，阳离子空位和阴离子空穴等缺陷，且该模型理论缺乏一定的普适性，稀土离子掺杂的长余辉材料的缺陷能级不完全统一[56]。图1-3Dorenbos余辉机理模型示意图1.3.4Clabau余辉机理模型F.Clabau等人基于Matsuzawa余辉机理模型和Aitasalo余辉机理模型的不合理处，针对SrAl2O4:Eu2+,Dy3+长余辉材料进行了新的余辉机理模型解释[57]。Clabau通过对材料的电子顺磁共振测试检测了材料在整个余辉发光过程中Eu2+浓度的变化，由Eu2+在激发前后浓度的先减少再增加来证明材料中Eu2+直接参与了余辉发光过程；并利用光电导性测试，分析认为导带没有参与到陷阱中心和发光中心之间的能量传递过程。在该模型中，材料受到紫外光激发后，电子由Eu2+的基态被激发到激发态，然后直接被附近的氧空位等陷阱捕获而不通过导带的作用，Eu2+变为三价的Eu3+，当激发停止以后，电子在室温的热扰动作用下，从陷阱中释放出来并直接返回到附近的Eu3+的5d轨道能级并与之复合，跃迁回到4f轨道，从而产生余辉发光现象，如图1-4所示。Clabau余辉机理模型与Dorenbos余辉机理模型有些相似，但存在两个关键的不同之处，一是模型中的被激发电子是否通过导带进行迁移，二是对于陷阱的归属存在差异[58]。Clabau模型认为陷阱是由材料基质的本征缺陷，如氧空位等引起的，共掺的三价稀土离子只是改变了陷阱的强度，而没有进行本质的改变。该模型存在的主要问题一是该模型中对于Eu2+-Eu3+价态的转变只给出了Eu2+浓度的变化，无法用实验手段证明Eu3+浓度的变化；二是该模型中的缺陷是氧空位，但对于共掺三价稀土离子引入的新缺陷如阳离子空位在余辉发光过?
【参考文献】：
期刊论文
[1]长余辉发光材料研究进展[J]. 孙继兵,王海容,安雅琴,崔春翔,韩丹. 稀有金属材料与工程. 2008(02)
[2]长余辉(寿命)发光材料研究的最新进展[J]. 施朝淑,戚泽明. 无机材料学报. 2004(05)
[3]长余辉发光材料研究进展[J]. 刘应亮,丁红. 无机化学学报. 2001(02)
本文编号：2914742
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Matsuzawa余辉机理模型示意图
兰州大学硕士学位论文红色及近红外长余辉材料的合成及特性研究5图1-2Aitasalo余辉机理模型示意图该模型可以避免产生Eu+的困难，但仍然存在一些问题，一是双光子吸收必须在高密度激发光源下才能产生，而普通的紫外和可见光源的激发很难满足能量需求；二是两步吸收530nm（~2.3eV）陷阱能级的能量差要满足2.3eV，且与Vo，VCa陷阱相近才能形成电子转移；三是想要形成电子空穴对以及他们复合产生的能力并直接传递到发光中心，必须保证Vo，VCa和Eu2+三者在材料中的位置相近，才能保证形成电子空穴对和无辐射共振能量传递[54]。这些要求在余辉发光过程中都很难同时满足。1.3.3Dorenbos余辉机理模型P.Dorenbos等人根据Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+长余辉材料提出了新的余辉机理模型[55]。在该模型中，Dorenbos认为RE2+和RE3+可以做为材料中的空穴陷阱和电子陷阱，该模型也称为镧系离子陷阱模型。当材料受到外界能量激发后，Eu2+的4f基态能级的电子被激发，跃迁到Eu的5d轨道能级处，Eu由二价态Eu2+变成三价态Eu3+，且Eu的5d能级靠近导带，因此电子可以进入导带并迁移至共掺杂的三价稀土离子Dy3+，从而被捕获，形成Dy2+，当激发停止以后，被捕获的电子通过热扰动，从陷阱中释放出来，并通过导带移动至发光中心Eu，并与Eu3+复合，使Eu2+从5d激发态跃迁至4f基态能级，从而产生余辉发光现象，如图1-3所示。Dorenbos机理模型可以有效的避免单价稀土离子和四价稀土离子的产生，在该模型中产生的三价态离子和二价态离子都比较合理，且该模型还给出了各个镧系元素的二价态和三价态在氧化物体系带隙中存在的位置，从而用来解释不同稀土离子的掺杂导致材料余辉性能的不同。但该模型仍然存在一些问题，那就是
兰州大学硕士学位论文红色及近红外长余辉材料的合成及特性研究6无法解释单掺杂样品材料的余辉发光现象，忽略了材料基质本身的缺陷能级如氧空位，阳离子空位和阴离子空穴等缺陷，且该模型理论缺乏一定的普适性，稀土离子掺杂的长余辉材料的缺陷能级不完全统一[56]。图1-3Dorenbos余辉机理模型示意图1.3.4Clabau余辉机理模型F.Clabau等人基于Matsuzawa余辉机理模型和Aitasalo余辉机理模型的不合理处，针对SrAl2O4:Eu2+,Dy3+长余辉材料进行了新的余辉机理模型解释[57]。Clabau通过对材料的电子顺磁共振测试检测了材料在整个余辉发光过程中Eu2+浓度的变化，由Eu2+在激发前后浓度的先减少再增加来证明材料中Eu2+直接参与了余辉发光过程；并利用光电导性测试，分析认为导带没有参与到陷阱中心和发光中心之间的能量传递过程。在该模型中，材料受到紫外光激发后，电子由Eu2+的基态被激发到激发态，然后直接被附近的氧空位等陷阱捕获而不通过导带的作用，Eu2+变为三价的Eu3+，当激发停止以后，电子在室温的热扰动作用下，从陷阱中释放出来并直接返回到附近的Eu3+的5d轨道能级并与之复合，跃迁回到4f轨道，从而产生余辉发光现象，如图1-4所示。Clabau余辉机理模型与Dorenbos余辉机理模型有些相似，但存在两个关键的不同之处，一是模型中的被激发电子是否通过导带进行迁移，二是对于陷阱的归属存在差异[58]。Clabau模型认为陷阱是由材料基质的本征缺陷，如氧空位等引起的，共掺的三价稀土离子只是改变了陷阱的强度，而没有进行本质的改变。该模型存在的主要问题一是该模型中对于Eu2+-Eu3+价态的转变只给出了Eu2+浓度的变化，无法用实验手段证明Eu3+浓度的变化；二是该模型中的缺陷是氧空位，但对于共掺三价稀土离子引入的新缺陷如阳离子空位在余辉发光过?
【参考文献】：
期刊论文
[1]长余辉发光材料研究进展[J]. 孙继兵,王海容,安雅琴,崔春翔,韩丹. 稀有金属材料与工程. 2008(02)
[2]长余辉(寿命)发光材料研究的最新进展[J]. 施朝淑,戚泽明. 无机材料学报. 2004(05)
[3]长余辉发光材料研究进展[J]. 刘应亮,丁红. 无机化学学报. 2001(02)
本文编号：2914742
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/2914742.html
