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稀土掺杂硅酸盐的发光性能及长余辉调控

作　者: 袁文辉
导　师: 丁建文；肖思国
学　校: 湘潭大学
专　业: 物理电子学
关键词: 硅酸盐长余辉稀土掺杂高温固相法
分类号: O482.31
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

长余辉发光材料是能吸收能量然后把能量以发光的形式缓慢释放出来的一种材料。作为一种特殊的储能材料,近几年来,长余辉材料备受关注,其应用已扩展到交通,建筑、钟表、服饰等日常生活方面。目前,铝酸盐体系长余辉材料具有优异的发光性能,得到了广泛应用。不过,其耐水性较差,易潮解,遇水分解,影响其发光效率。由此,本文制备了系列硅酸盐体系长余辉材料,研究稀土掺杂硅酸盐的发光性能及其蓝、绿长余辉的调控。该材料稳定性高,耐水性好,因而可极大拓展长余辉材料的应用范围。考虑硅酸盐长余辉材料的实际应用,提高其余辉强度,我们首先用高温固相法制备了系列P⁵⁺掺杂蓝色长余辉材料Sr₂MgSi₂O₇:Eu²⁺,Dy³⁺,aB³⁺,bP⁵⁺,探索P⁵⁺对其余辉强度的调制规律。随着P⁵⁺的引入,我们观察到样品的余辉强度增加,而余辉时间（衰减时间）变短。这表明P⁵⁺的引入能有效调节陷阱能级的深度,改变陷阱释放电子的速率。结果表明,通过P⁵⁺的掺杂控制,可实现对Sr₂MgSi₂O₇:Eu²⁺,Dy³⁺的余辉特性的调节。余辉的可调性有助于长余辉材料在不同的照明和显示行业上的应用。特别在弱光照明方面,余辉时间超过12个小时的长余辉材料将有很大的可调性,有更大的应用前景。其次,用高温固相法合成了稀土（Tb, Sm, Ce, Dy, Nd）掺杂CaAl2Si2O8:Eu和CaAl2Si2O8:Eu,Mn等硅铝酸盐样品。该样品具有硅酸盐材料的稳定性,其长余辉性能接近铝酸盐材料。结果表明,共激活剂Dy³⁺, Nd³⁺都能延长蓝色长余辉材料CaAl2Si2O8:Eu的余辉时间,并且Nd³⁺的效果比Dy³⁺更好。这是因为Nd³⁺产生的陷阱深度要比Dy³⁺产生的陷阱深度要深。此外,Ce³⁺, Tb³⁺和Sm³⁺掺杂对提高荧光材料Ca_0.74Al₂Si₂O₈:0.01Eu²⁺,0.25Mn²⁺的白光显色性有帮助,其中Sm³⁺离子效果最为明显。此外,通过增加CaO, SrO, BaO等反应物,替代有毒的Cd2+掺杂方法,用高温固相法制备了无毒、环保的新型绿色稀土掺杂长余辉材料M（Ca, Sr, Ba） O·2ZnO·2SiO₂:Mn,RE。M=Sr时,样品具有较好的余辉特性,并且,Mn²⁺的浓度为1mol%,其余辉特性最好。实验发现,样品的余辉特性优于同种条件下制备的Zn₂SiO₄:Mn样品,其原因归结为,在烧结过程中Sr²⁺替代Zn²⁺,增加了Zn₂SiO₄中陷阱的数量,或加深了陷阱深度,导致了余辉性能的改进。在此基础上,进一步比较Sm³⁺, La³⁺, Tb³⁺掺杂对样品余辉特性的影响。实验发现,引入Tb³⁺时能延长余辉衰减时间。结果为寻找合适的发光和余辉敏化剂提供了借鉴。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-18
  1.1 长余辉材料的应用背景  9-10
  1.2 长余辉材料的研究现状与进展  10-13
    1.2.1 硫化物体系  10
    1.2.2 铝酸盐体系  10-11
    1.2.3 硅酸盐体系  11-12
    1.2.4 主要制备方法  12-13
  1.3 长余辉发光材料的理论基础  13-16
    1.3.1 长余辉材料的发光性能  13-14
    1.3.2 长余辉材料的发光模型  14-16
  1.4 问题的提出和本文的工作  16-18
第2章 Sr_2MgSi_20_7:Eu~(2+),Dy~(3+)的发光性能及P~(5+)掺杂对长余辉的调控  18-26
  2.1 引言  18
  2.2 试验  18-20
    2.2.1 试剂  18-19
    2.2.2 试验设备  19
    2.2.3 样品制备方法  19
    2.2.4 性能测试  19-20
  2.3 测试结果与讨论  20-25
  2.4 本章小节  25-26
第3章 CaA1_2Si_20_8:Eu,Mn 的蓝色长余辉与显色性调控  26-37
  3.1 引言  26-27
  3.2 试验  27-28
    3.2.1 试剂  27
    3.2.2 试验设备  27
    3.2.3 样品制备方法  27
    3.2.4 性能测试  27-28
  3.3 Ce ,Tb, Sm 对CaA1_2Si_20_8: Eu, Mn 的光谱特性研究  28-33
  3.4 共激活剂Dy, Nd 对CaA1_2Si_20_8:Eu 余辉的影响  33-36
  3.5 本章小节  36-37
第4章 M(Ca, Sr，Ba)O·2ZnO·2Si0_2:Mn,RE 的绿色长余辉及其调控  37-46
  4.1 引言  37-38
  4.2 试验  38-39
    4.2.1 试剂  38
    4.2.2 试验设备  38
    4.2.3 样品制备方法  38
    4.2.4 性能测试  38-39
  4.3 掺杂离子Mn~(2+)的浓度对SrO·2ZnO·2Si0_2发光特性的影响  39-43
  4.4 RE~(3+)(Sm, La, Tb)对SrO·2ZnO·2Si0_2:Mn~(2+)发光特性和余辉特性的影响.  43-45
  4.5 本章小节  45-46
总结与展望  46-48
参考文献  48-53
致谢  53-54
个人简历、在学习期间发表的学术论文与研究成果  54

稀土掺杂硅酸盐的发光性能及长余辉调控

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