红色长余辉材料的合成及其发光性能的研究

论文摘要

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MAl2O4:Eu2+（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Y2O2S:Eu3+,Mg2+,Ti4+展开了一系列的研究;制备了新型的橙黄色长余辉材料Y2O2S:Ti4+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Gd2O2CO3:Eu3+,Mg2+,Ti4+,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MgSiO3:Mn2+,Dy3+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Y2O2S:Eu3+,Mg2+,Ti4+的系列单相样品。研究表明样品发射光谱的红橙比I626nm/I539nm随着Eu3+含量的增加逐渐增大,在Eu3+含量为0.06时达到最大值。当Eu3+,Mg2+,Ti4+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Eu3+,Mg2+,Ti4+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Eu3+,Mg2+,Ti4+的含量分别为0.06,0.02,0.02时,在Y2O2S:Eu3+,Mg2+,Ti4+中,掺杂Bi3+后余辉时间变长,最佳样品的余辉时间为3.5小时。并发现,Y2O2S:Eu3+x,Bi3+（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）BO3:Eu3+的80%。制备了系列样品Y2O2S:Ti4+x（0.01≤x≤0.04）,研究发现掺杂Ti4+后的系列样品Y2O2S:Ti4+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,Ti4+最佳掺杂浓度为0.03,余辉时间在2小时左右。2.通过对Y2O2S:Eu3+,Mg2+,Ti4+,Bi3+中缺陷态和电子态密度的研究发现:Mg2+,Ti4+,Bi3+掺入降低了Y2O2S:Eu3+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Y2O2S:Eu3+的余辉性能。3.通过混合融盐助熔剂法制备了Gd2O2CO3:Eu3+,Mg2+,Ti4+的系列样品。研究发现Eu3+,Mg2+,Ti4+共掺杂后的样品出现了红色长余辉现象,Eu3+,Mg2+,Ti4+的最佳掺杂浓度分别为0.05,0.02,0.02。除此之外,发现Gd2O2CO3:Eu3+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MgSiO3:Mn2+,Dy3+的系列样品。研究发现MgSiO3在掺杂Mn2+后,发生了由低温相到高温相的相转变。共掺杂Mn2+、Dy3+后的样品出现了红色长余辉,但是余辉时间较短。Mn2+、Dy3+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MgSiO3:Mn2+掺杂Dy3+后,空穴被（?）或者缔合体（?）俘获而传递至发光中心MnMg×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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 长余辉材料的研究进展
• 1.2.1 传统碱土硫化物红色长余辉发光材料
• 1.2.2 磷酸盐基质的红色长余辉发光材料
• 1.2.3 钛酸盐基质的红色长余辉发光材料
• 1.2.4 硫氧化物基质的红色长余辉发光材料
• 1.2.5 偏硅酸盐基质的红色长余辉发光材料
• 1.3 现有红色长余辉材料所存在的问题
• 1.4 选择本课题的原因及本课题的研究内容
• 1.4.1 选择本课题的原因
• 1.4.2 本课题的研究内容
• 1.5 论文结构
• 参考文献
• 第二章 实验
• 2.1 试剂及实验设备
• 2.1.1 试剂
• 2.1.2 实验设备
• 2.2 样品的制各
• 2O₂S:Eu³⁺'>2.2.1 采用混合融盐助熔剂法制备Y₂O₂S:Eu³⁺
• 2O₂CO₃:Eu³⁺'>2.2.2 采用助熔剂法制备Gd₂O₂CO₃:Eu³⁺
• 3:Mn²⁺,Dy³⁺'>2.2.3 采用沉淀法制备MgSiO₃:Mn²⁺,Dy³⁺
• 2O₂S:Ti⁴⁺'>2.2.4 采用混合融盐助熔剂法制备Y₂O₂S:Ti⁴⁺
• 2.3 样品的测试
• 2.3.1 紫外（UV）荧光光谱
• 2.3.2 X射线衍射（XRD）测试
• 2.3.3 扫描电镜测试
• 2.3.4 余辉性能（衰减曲线）测试
• 2.3.5 热释光测试
• 2.3.6 正电子湮没测试
• 2O₂S:Eu³⁺,Mg²⁺,Ti⁴⁺红色长余辉材料的合成及其发光性能的研究'>第三章 Y₂O₂S:Eu³⁺,Mg²⁺,Ti⁴⁺红色长余辉材料的合成及其发光性能的研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验
• 3.3 结果与讨论
• 2O₂S基质的制备'>3.3.1 Y₂O₂S基质的制备
• 2O₂S:Eu³⁺_x（0.01≤x≤0.10）的制备与发光性能'>3.3.2 Y₂O₂S:Eu³⁺_x（0.01≤x≤0.10）的制备与发光性能
• 3.3.2.1 系列样品的制备和物相分析
• 2O₂S:Eu³⁺_x（0.01≤x≤0.10）的激发和发射光谱'>3.3.2.2 Y₂O₂S:Eu³⁺_x（0.01≤x≤0.10）的激发和发射光谱
• 2O₂S:Eu³⁺_0,06,Mg²⁺_xTi⁴⁺_x（0.01≤X≤0.04）的余辉性能'>3.3.3 Y₂O₂S:Eu³⁺_0,06,Mg²⁺_xTi⁴⁺_x（0.01≤X≤0.04）的余辉性能
• 2+对样品Y₂O₂S:Eu³⁺_0.06余辉特性的影响'>3.3.3.1 掺杂Mg²⁺对样品Y₂O₂S:Eu³⁺_0.06余辉特性的影响
• 4+对样品Y₂O₂S:Eu³⁺_0.06,Mg²⁺_0.02Ti⁴⁺_x（0.01≤X≤0.04）余辉特性的影响'>3.3.3.2 掺杂Ti⁴⁺对样品Y₂O₂S:Eu³⁺_0.06,Mg²⁺_0.02Ti⁴⁺_x（0.01≤X≤0.04）余辉特性的影响
• 2O₂S:Eu³⁺,Mg²⁺,Ti⁴⁺余辉性能的影响'>3.3.4 掺杂其他金属离子对Y₂O₂S:Eu³⁺,Mg²⁺,Ti⁴⁺余辉性能的影响
• 2+对Y₂O₂S:Eu³⁺,Mg²⁺,Ti⁴⁺余辉性能的影响'>3.3.4.1 掺杂pb²⁺对Y₂O₂S:Eu³⁺,Mg²⁺,Ti⁴⁺余辉性能的影响
• 3+、Bi³⁺对Y₂O₂S:Eu³⁺,Mg²⁺,Ti⁴⁺余辉性能的影响'>3.3.4.2 掺杂Al³⁺、Bi³⁺对Y₂O₂S:Eu³⁺,Mg²⁺,Ti⁴⁺余辉性能的影响
• 2O₂S:Eu³⁺_x（0.01≤x≤0.12）的真空紫外发光特性的研究'>3.3.5 Y₂O₂S:Eu³⁺_x（0.01≤x≤0.12）的真空紫外发光特性的研究
• 2O₂S:Ti⁴⁺橙色长余辉材料的合成及其发光特性的研究'>3.3.6 Y₂O₂S:Ti⁴⁺橙色长余辉材料的合成及其发光特性的研究
• 3.4 小结
• 参考文献
• 2O₂S:Eu³⁺,Mg²⁺,Ti⁴⁺中的缺陷研究'>第四章 红色长余辉材料Y₂O₂S:Eu³⁺,Mg²⁺,Ti⁴⁺中的缺陷研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验
• 4.2.1 样品制备
• 4.2.2 热释光测量的制样
• 4.2.3 计算模型与方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 热释光性能分析
• 4.3.1.1 热释光测量方法
• 2O₂S的热释光性能分析'>4.3.1.2 Y₂O₂S的热释光性能分析
• 2O₂S:Eu³⁺的热释光性能分析'>4.3.1.3 Y₂O₂S:Eu³⁺的热释光性能分析
• 2O₂S:Eu³⁺,Mg²⁺,Ti⁴⁺的热释光性能分析'>4.3.1.4 Y₂O₂S:Eu³⁺,Mg²⁺,Ti⁴⁺的热释光性能分析
• 4.3.1.5 掺杂其他离子的热释光性能分析
• 4.3.2 电子态密度的计算
• 2O₂S的能带结构'>4.3.2.1 Y₂O₂S的能带结构
• 3+对Y₂O₂S电子态密度的影响'>4.3.2.2 掺杂Bi³⁺对Y₂O₂S电子态密度的影响
• 2O₂S:Eu³⁺_0.06,Mg²⁺_0.02,Ti⁴⁺_0.02的余辉机理'>4.3.3 Y₂O₂S:Eu³⁺_0.06,Mg²⁺_0.02,Ti⁴⁺_0.02的余辉机理
• 4.4 小结
• 参考文献
• 2O₂CO₃:Eu³⁺,Mg²⁺,Ti⁴⁺红色长余辉材料的合成及其发光性能的研究'>第五章 Gd₂O₂CO₃:Eu³⁺,Mg²⁺,Ti⁴⁺红色长余辉材料的合成及其发光性能的研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验
• 5.3 结果与讨论
• 2O₂CO₃基质的制备'>5.3.1 Gd₂O₂CO₃基质的制备
• 2O₂CO₃:Eu³⁺_x（0.01≤x≤0.08）的系列样品的制备和发光性能的研究'>5.3.2 Gd₂O₂CO₃:Eu³⁺_x（0.01≤x≤0.08）的系列样品的制备和发光性能的研究
• 5.3.2.1 XRD分析
• 2O₂CO₃:Eu³⁺_x（0.01≤x≤0.08）的激发和发射光谱'>5.3.2.2 Gd₂O₂CO₃:Eu³⁺_x（0.01≤x≤0.08）的激发和发射光谱
• 2O₂CO₃:Eu³⁺_x（0.01≤x≤0.08）的真空紫外性能'>5.3.2.3 Gd₂O₂CO₃:Eu³⁺_x（0.01≤x≤0.08）的真空紫外性能
• 2O₂CO₃:Eu³⁺_x（0.01≤x≤0.08）的余辉性能'>5.3.3 Gd₂O₂CO₃:Eu³⁺_x（0.01≤x≤0.08）的余辉性能
• 5.4 小结
• 参考文献
• 3:Mn²⁺,Dy³⁺红色长余辉材料的合成及其发光性能的研究'>第六章 MgSiO₃:Mn²⁺,Dy³⁺红色长余辉材料的合成及其发光性能的研究
• 6.1 引言
• 6.2 实验
• 6.3 结果与讨论
• 3基质的制备'>6.3.1 MgSiO₃基质的制备
• 3:Mn²⁺_x（0.01≤x≤0.10）的系列样品的制备和发光性能的研究'>6.3.2 MgSiO₃:Mn²⁺_x（0.01≤x≤0.10）的系列样品的制备和发光性能的研究
• 6.3.2.1 系列样品的制备和物相分析
• 3:Mn²⁺_x（0.01≤x≤0.0.06）的激发和发射光谱'>6.3.2.2 MgSiO₃:Mn²⁺_x（0.01≤x≤0.0.06）的激发和发射光谱
• 3:Mn²⁺,Dy³⁺的合成与发光性能的研究'>6.3.3 MgSiO₃:Mn²⁺,Dy³⁺的合成与发光性能的研究
• 6.3.3.1 物相分析
• 3:Mn²⁺,Dy³⁺的激发光谱和发射光谱'>6.3.3.2 系列样品MgSiO₃:Mn²⁺,Dy³⁺的激发光谱和发射光谱
• 3:Mn²⁺_0.04,Dy³⁺_x（0.01≤x≤0.0.03）的余辉性能'>6.3.3.3 系列样品MgSiO₃:Mn²⁺_0.04,Dy³⁺_x（0.01≤x≤0.0.03）的余辉性能
• 3:Mn²⁺,Dy³⁺的余辉机理的研究'>6.3.4 MgSiO₃:Mn²⁺,Dy³⁺的余辉机理的研究
• 6.3.4.1 热释光测试
• 6.3.4.2 正电子湮没测试
• 6.4 小结
• 参考文献
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 博士在读期间发表论文
• 致谢