【摘 要】
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力致发光材料在受到外界应力刺激时,发光强度与应力大小间存在很强关联性,这种独特的发光特性使其在传感、检测、存储、高级防伪等领域具有很大的应用前景。近年来,如何提高力致发光材料发光性能成为研究的重点问题。目前普遍采用调控稀土离子掺杂浓度的方式进行性能的提升,但效果一般。本论文通过掺杂Y3+离子引入电子陷阱,对材料的力致发光性能进行提升。具体的研究工作如下:为确定力致发光材料最佳烧结温度,分别在105
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力致发光材料在受到外界应力刺激时,发光强度与应力大小间存在很强关联性,这种独特的发光特性使其在传感、检测、存储、高级防伪等领域具有很大的应用前景。近年来,如何提高力致发光材料发光性能成为研究的重点问题。目前普遍采用调控稀土离子掺杂浓度的方式进行性能的提升,但效果一般。本论文通过掺杂Y3+离子引入电子陷阱,对材料的力致发光性能进行提升。具体的研究工作如下:为确定力致发光材料最佳烧结温度,分别在1050℃、1100℃、1150℃下制备Ca0.98Zn OS:0.02Pr3+力致发光材料,通过XRD、力致发光光谱对材料的结构和力致发光性能进行研究,确定最佳烧结温度为1100℃;采用高温固相法制备一系列Ca1-xZn OS:xPr3+(x=0.005,0.01,0.015,0.02,0.025)力致发光材料。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、漫反射光谱(DRS)、光致发光光谱、荧光衰减光谱、应力发光光谱和热释光光谱等表征手段对材料的结构、表面形貌、元素分布、光致、力致发光性能以及力致发光机理进行了研究。研究结果表明,最佳光致发光与力致发光体系分别为Ca0.985Zn OS:0.015Pr3+、Ca0.98Zn OS:0.02Pr3+;材料的力致发光强度与所受应力大小成正线性关系;通过对Pr3+掺杂量的调控,实现了力致发光材料颜色的调控;通过对热释光光谱与力致发光光谱的分析,确定力致发光机理为压电诱导载流子脱陷模型。为增强材料的力致发光性能,在Ca0.98Zn OS:0.02Pr3+中掺杂Y3+合成了一系列Ca0.98-yZn OS:0.02Pr3+,yY3+(y=0.01,0.02,0.03,0.04,0.05)力致发光材料。XRD图谱表明,Y3+取代Ca2+晶格位置;光致发光光谱测试表明,Y3+的掺杂会显著降低材料的光致发光性能;力致发光光谱结果表明,Y3+的掺杂使材料的力致发光性能得到增强,调控Y3+掺杂量确定力致发光性能最优体系为Ca0.95Zn OS:0.02Pr3+,0.03Y3+;为研究力致发光性能增强机制与发光机理,对力致发光光谱与热释光光谱进行分析,结果表明,Y3+的掺杂在材料内部引入了两种不同深度的新陷阱,导致更多载流子被陷阱捕获后参与力致发光过程,使材料力致发光性能得到增强。确定了CaZnOS:Pr3+,Y3+共掺杂体系发光机理为压电诱导载流子脱陷模型。最后对力致发光材料在动态防伪与二维应力分布显示两种场景下的应用进行了演示。
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