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红色长余辉材料的合成及其发光性能的研究

王治龙  
【摘要】: 从90年代实现绿色长余辉材料的产业化生产后,蓝色和绿色长余辉发光材料MAl_2O_4:Eu~(2+)(M=Sr,Ca)的余辉性能已得到很大提高;而红色长余辉材料因为余辉时间短、发光强度低、耐侯性差等原因至今未能实现广泛应用。为了改良现有红色长余辉材料的性能、开发新型的红色长余辉材料,本论文对现有最佳红色长余辉材料Y_2O_2S:Eu~(3+),Mg~(2+),Ti~(4+)展开了一系列的研究;制备了新型的橙黄色长余辉材料Y_2O_2S:Ti~(4+)并对其发光特性进行了研究;同时还初步开发了新型红色长余辉材料Gd_2O_2CO_3:Eu~(3+),Mg~(2+),Ti~(4+),并探讨了其在无汞荧光灯上的潜在应用;研究了硅酸盐材料MgSiO_3:Mn~(2+),Dy~(3+)的余辉现象和余辉机理。通过以上工作研究总结出如下结论: 1.通过混合融盐助熔剂法合成了Y_2O_2S:Eu~(3+),Mg~(2+),Ti~(4+)的系列单相样品。研究表明样品发射光谱的红橙比I_(626nm)/I_(539nm)随着Eu~(3+)含量的增加逐渐增大,在Eu~(3+)含量为0.06时达到最大值。当Eu~(3+),Mg~(2+),Ti~(4+)的含量分别为0.002,0.02,0.02时,样品具有最高的亮度和最长的余辉时间(5小时),但是样品发橙黄色光。在Eu~(3+),Mg~(2+),Ti~(4+)的含量分别为0.06,0.02,0.02时,样品余辉时间变短(3小时)但是余辉发光颜色接近标准红色发光。当Eu~(3+),Mg~(2+),Ti~(4+)的含量分别为0.06,0.02,0.02时,在Y_2O_2S:Eu~(3+),Mg~(2+),Ti~(4+)中,掺杂Bi~(3+)后余辉时间变长,最佳样品的余辉时间为3.5小时。并发现,Y_2O_2S:Eu~(3+)_x,Bi~(3+)(0.01≤x≤0.10)的系列样品在真空紫外激发下也有着较为优异的发光性能,其强度达到了商用粉(Y,Gd)BO_3:Eu~(3+)的80%。制备了系列样品Y_2O_2S:Ti~(4+)_x(0.01≤x≤0.04),研究发现掺杂Ti~(4+)后的系列样品Y_2O_2S:Ti~(4+)_x(0.01≤x≤0.04)具有长余辉特性,样品发橙黄色光,发射峰位于574nm。研究发现,Ti~(4+)最佳掺杂浓度为0.03,余辉时间在2小时左右。 2.通过对Y_2O_2S:Eu~(3+),Mg~(2+),Ti~(4+),Bi~(3+)中缺陷态和电子态密度的研究发现:Mg~(2+),Ti~(4+),Bi~(3+)掺入降低了Y_2O_2S:Eu~(3+)的陷阱深度,改变了载流子在材料中的运动方式进而改善了长余辉材料Y_2O_2S:Eu~(3+)的余辉性能。 3.通过混合融盐助熔剂法制备了Gd_2O_2CO_3:Eu~(3+),Mg~(2+),Ti~(4+)的系列样品。研究发现Eu~(3+),Mg~(2+),Ti~(4+)共掺杂后的样品出现了红色长余辉现象,Eu~(3+),Mg~(2+),Ti~(4+)的最佳掺杂浓度分别为0.05,0.02,0.02。除此之外,发现Gd_2O_2CO_3:Eu~(3+)_x(0.01≤x≤0.0.08)的系列样品在真空紫外激发下也有着较为优异的发光性能。 4.通过沉淀法制备了MgSiO_3:Mn~(2+),Dy~(3+)的系列样品。研究发现MgSiO_3在掺杂Mn~(2+)后,发生了由低温相到高温相的相转变。共掺杂Mn~(2+)、Dy~(3+)后的样品出现了红色长余辉,但是余辉时间较短。Mn~(2+)、Dy~(3+)的最佳掺杂浓度分别为0.04,0.01。通过热释光谱和正电子湮灭的研究,发现在MgSiO_3:Mn~(2+)掺杂Dy~(3+)后,空穴被(?)或者缔合体(?)俘获而传递至发光中心Mn_(Mg)~×附近的陷阱中心与电子发生复合湮灭,缔合体(?)缺陷的形成可能是产生长余辉的原因。


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