铕镝掺杂铝酸锶长余辉材料发光过程的研究

发布时间：2020-11-17 17:01

　　 长余辉材料通常指将激发光源移走后仍持续发光的材料,主要应用在颜料、紧急照明、医学体内成像、军事隐蔽照明及信息存储、高能射线探测等应用领域。其中SrAl_2O_4:Eu~(2+),Dy~(3+)是最早被商业化的绿色长余辉材料,但对其具体发光机理,以及稀土离子Eu~(2+)和Dy~(3+)在发光过程中的具体作用一直存在着争论。本文通过高温固相法,在还原气氛下制备了SrAl_2O_4:Eu~(2+),Dy~(3+)、SrAl_2O_4:Eu~(2+)、SrAl_2O_4:Dy~(3+)三个体系的样品。对样品进行了X射线晶体衍射分析,高、低温热释光测试,高、低温荧光测试,瞬态寿命测试,余辉曲线测试以及形貌测试。X射线晶体衍射数据表明稀土离子掺杂能使SrAl_2O_4晶相峰位有微小的变动。SrAl_2O_4:Eu~(2+),Dy~(3+)的常温荧光光谱峰位为514 nm,为Eu~(2+)的发射峰,Dy~(3+)的特征谱并没有被观察到。低温荧光测试表明SrAl_2O_4:Eu~(2+),Dy~(3+)的发光除了常温的514 nm外,在低温还有一个400nm左右的弱发光峰,验证了该材料中Eu~(2+)与Sr_1~(2+)格位、Sr_2~(2+)格位均发生了替代。余辉曲线测试发现双掺样品的余辉时间明显高于单掺Eu~(2+)样品的余辉时间。高、低温的热释光测试结合对SrAl_2O_4:Eu~(2+),SrAl_2O_4:Dy~(3+),SrAl_2O_4:Eu~(2+),Dy~(3+)三种样品的热释光曲线进行数据拟合,发现样品的陷阱浓度及深度都不相同,且该材料的发光过程中只存在Eu~(2+)的发光中心,Dy~(3+)的掺入使得SrAl_2O_4:Eu~(2+)陷阱的分布更连续,传递能量,更有利于提高余辉发生。综上,本论文采用高温固相法制备了铕镝掺杂铝酸锶系列的长余辉材料,并通过对其进行热释光测试分析和计算,得到Dy~(3+)在材料的发光过程中的主要起到了传递能量和调制陷阱的作用。最后根据计算结果推测出了铕镝掺杂铝酸锶的具体发光过程:储存于各能级的电子在室温下发生浅陷阱中电子的跃迁,由于其离导带很近,被导带直接捕获,发生4f~65d~1—4f~7(8S_(7/2))的跃迁,位于深陷阱的电子在Dy~(3+)的辅助下,依次被浅陷阱捕获跃迁,此过程弛豫时间很长,从而产生长余辉现象。
【学位单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ422;O482.31
【部分图文】：

图 1-1 位形坐标图（祁康成，2012）置，使周围离子处于一个新的平衡点，即图中的 C 点。在这个过程中，电能量交给了周围的离子，变成它们的振动能，并通过他们传给整个晶体，式散发。此时系统能量由 B 降为 C。电子由 C 跃迁到基态的 D，经过系降到 A 点，这时又散发了一些热能给晶体。图中的横线代表离子的振动能于电子的跃迁可以处于很高的振动能级，在其回到平衡位置时释放大量声即为晶格弛豫过程。由图分析可知该材料的发射带波长大于吸收带的波长合，即斯托克斯位移；与该现象相反的为反斯托克斯位移。图中两曲线的无辐射跃迁，即该跃迁不发生光子吸收或辐射现象。只有当原子的振动点或高于 F 点时，原子随热运动发生的这种能量，会随温度的上升而增大增高到一定程度反而会降低材料的发光效率，即温度猝灭。空穴转移模型

图 1-2 理想发光体的能带模型（祁康成，2012）止激发后对应某一时刻的发光中心总数为V+，空穴数为n+，陷阱数为n ，导带中存在N 个电子，电子与发光中心的复合概率为A率为 A ,陷阱释放电子的概率为 P ,则电子和空穴数变化的方程如() dn /dt= Pn+ANv n++dn/dt= ANn0()+ dN/dt= ANn+Pn ANv n0性的条件可得：+ n= N+n

图 1-3 能级结构（王丽辉，1998）复合发光，当发光材料被激发后，电子进入导带，有一发光，另一部分则在扩散或漂移过程中被陷阱俘获，落入陷阱后由于空间距离太大，不能直接与空穴复合。它通过发光中心复合发光，期间可能发生多次俘获现象。与后于激发，甚至会持续很长时间，这就形成了余辉现象陷阱密切相关（Dorenbos, 2005）。型中，只能帮助人们了解该材料的简单的能量传输过原因及具体分布，和材料中辅助激活剂在发光过程中解释。
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本文编号：2887726