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超长红外长余辉材料及其发光机理的研究和探索

闫武钊  
【摘要】: 本论文由四章组成,作为绪论的第一章宏观介绍了本论文主题一长余辉材料一的背景知识及其研究历史和现状,第二章到第四章则分别介绍了几种新型红外长余辉材料的制备过程,研究了它们的晶体结构和发光特性,并用红外夜视仪和照相机拍下了其红外余辉图像。 第一章中,我们阐述了长余辉材料的基本概念,介绍了长余辉材料的发展历史和相关的动力学模型,表述了长余辉材料中的陷阱种类和实现方法,最后讲述了其测试手段和近年来红外长余辉材料的需求状况。 第二章中,我们介绍了一种红外长余辉材料La3Ga5GeO14:Cr3+,Zn2+的制备和发光性能。在此样品中Cr3+有三种不同的格位:八面体性质的a和b格位、四面体的c格位,它们的存在使得样品具有复杂的发光性质。掺入不同的其他离子,并研究了对长余辉性质的影响。根据热释光曲线提出了一个长余辉机理模型。引入Yb3+,Nd3+,Er3+等共掺离子, Cr3+离子和稀土离子之间存在有效的能量传递,可以使样品中的稀土离子的发射光有长余辉性质。我们用光谱仪测试了样品的衰减曲线,还用红外夜视仪和相机拍下了其红外余辉图像,余辉时间大于24小时。 第三章中,我们介绍了另外一种红外长余辉材料LiGa5O8:Cr3+的制备和发光性质。 1.此样品中Cr3+占据一种八面体格位,同时发出线谱和宽谱。根据吸收谱和Tanabe-Sugano的理论计算出Cr3+离子在LGO所处格位的晶场强度。随着掺杂离子浓度的上升,Cr3+离子的激发态能级寿命逐渐降低。 2.用夜视仪和相机拍摄了样品的红外长余辉图像,结果表明在各种激发条件样品的余辉时间可以长达138小时,在此前的报道中没有出现如此长的余辉时间。把二价或者四价的金属离子引入样品中,以造成不等价取代产生带正电或者负电的陷阱,余辉曲线的结果表明,Ca2+和Sr2+是很好的陷阱离子;Ti4+和Ti4+/Mg2+的引入却大大削弱了样品的余辉时间。烧结温度越高,余辉时间越长,余辉强度越高,尤其是进行二次烧结之后余辉性质进一步提高。测试了掺有不同二价或者三价离子的样品的热释光曲线,研究了不同离子对热释光峰的影响。 3.把Ni2+,Yb3+,Nd3+,Er3+等离子掺入LGO:Cr3+中,通过持续能量传递过程使得激发态Cr3+的能量转移给其他离子,从而制得发射波长在其他范围的红外长余辉材料,使样品的发射波长在985nm到1530nm之间不同的区域变化,但是其能量传递效率不是特别高。 4.烧结温度以及螯合剂对溶胶凝胶法制备的LGO:Cr3+样品的颗粒大小的影响。 5.NaGa5O8:Cr3+和KGa5O8:Cr3+的长余辉性质。4T2—4A2跃迁相对于2E—4A2跃迁的相对强度增强,其原因估计是碱金属离子半径增大,使得Cr3+周围的晶场减弱,增强了4T2—4A2的跃迁强度。NaGa5O8:Cr3+要比KGa5O8:Cr3+的余辉性质差,二者都不如LiGa5O8:Cr3+的余辉性质。 第四章中我们介绍了其他的红外长余辉体系:LiGa02:Cr3+、LiGaxGeyO8:Cr3+和LaAlO3:Mn4+/Cr3+。 1.在LiGaO2中当Cr3+取代Ga3+离子后位于四面体格位,在烧结过程中被氧化成Cr4+离子,发射波长位于1222 nm左右。发射谱中的717 nm的部分来源于样品中的LiGa5O8微晶中的Cr3+离子。717 nm的发射具有较好的余辉性质,而1222 nm的发射光几乎没有余辉现象。 2.LiGaxGevO8:Cr3+中随着GeO2含量的增多,Cr3+离子2E→4A2跃迁的发射峰变得越来越宽。添加适量的GeO2会使Cr3+离子4T2→4A2跃迁增强。x/y值不同的样品的余辉强度不同。 3.LaAlO3:Mn4+的发射谱主要有2个部分组成,分别是来自2E→4A2跃迁和其声子协助跃迁。LaAlO3:Cr3+的发射谱主要有5个部分组成,波长最短的部分是来自2E→4A2跃迁,其余的都来自声子协助跃迁。用紫外灯分别激发这两个样品,测得的衰减曲线表明这这个两个体系是很好的红外长余辉材料。在这个体系中共掺其他离子的情况还需进一步研究。


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