长余辉发光材料是在关闭激发源后,可以从几秒钟到几天的时间内继续发光的储能型材料。由于具有特殊的发光效果,长余辉发光材料的研究和应用都比较早,且得到了科学家们的持续关注。近年来,长余辉发光材料的应用已经从最初的民用（例如装饰、紧急照明设施、仪表等）扩展到先进科学领域（例如临床应用、生物医学、信息储存等）。长余辉发光材料的发展大致经历了金属硫化物体系、铝酸盐体系、硅酸盐体系几个阶段的发展,由于镓锗酸盐体系具有合成温度低、耐酸、耐碱、稳定性高等优点,该体系长余辉材料的研究在近年来也多了起来。本论文针对长余辉材料领域中存在的问题,根据需求设计合成了几种功能多样化的新型镓/锗酸盐基长余辉材料。本论文的研究内容和结果主要包含以下几个方面:1.采用固相法合成了具有石榴石结构的Na₂Ca Sn₂Ge₃O₁₂基多色长余辉材料。根据基质材料的结构特性以及稀土/过渡金属离子的离子半径等条件,筛选出一系列激活剂(Mn²⁺、Pr³⁺、Tb³⁺、Dy³⁺)作为余辉发光中心,实现了多色余辉发光。利用电子顺磁共振（EPR）和热释光测试研究了材料中陷阱的类型和深度。EPR信号表明,陷阱主要由氧空位和非本征缺陷组成。热释光测试结果表明,本征发光中心和非本征发光中心都作为电荷载流子复合中心。此外,还详细讨论了该系列长余辉材料的余辉发光机理。2.近红外长余辉材料在生物组织中的高信噪比、高灵敏度和非侵害性等特点使之成为生物成像应用中一个潜在的解决方案。然而它们对短波长激发的依赖性使之在原位激发方面面临着巨大的挑战。本论文报道了一种多波段激发的近红外长余辉材料Li₅Zn₈Ga₅Ge₉O₃₆:Cr³⁺,Ti⁴⁺,克服了长余辉材料在生物组织和其他复杂系统中成像的局限性。该材料在近红外区域（700-800nm）具有较高的发光强度和较长的余辉发光时间。其余辉发光可以轻易地穿透约2毫米的猪肉。更重要的是,这种材料可以利用红光进行原位激发,从而实现在生物组织中重复成像。本文还对材料中陷阱的性质、填充过程和余辉机制进行了系统的研究。3.提出了两种锗酸盐基质Na₂Ca Sn₂Ge₃O₁₂和Na₂Ca Ti₂Ge₃O₁₂用于Cr³⁺掺杂的锗酸盐基石榴石结构的近红外长余辉材料合成。这两种材料是在空气气氛中用传统的固相法制备的。X射线衍射分析表明所有样品的主相都是Na₂Ca Sn₂Ge₃O₁₂和Na₂Ca Ti₂Ge₃O₁₂。用Tanabe-Sugano模型和光谱数据说明了Cr³⁺离子位于这两个基质的弱晶体场中。Cr³⁺离子在这两种基质中的宽带发射主要源于⁴T₂→⁴A₂跃迁。4.目前蓝绿光长余辉发光材料已经成功商用,然而,性能出色的红光长余辉材料依然相对较少。本论文通过固相反应合成了一种新型的红光长余辉材料Ba Ga₂O₄:Sm³⁺并系统地研究了该材料的光致发光和长余辉发光特性。通过研究Ba Ga₂O₄的晶体结构信息,采用替代策略提高了材料的余辉性能。Sr²⁺替代Ba²⁺引起了陷阱浓度的增加,有效地改善了余辉发光。利用初始上升法,揭示了Ba_0.94Sr_0.06 Ga₂O₄:0.01 Sm³⁺中连续广泛的陷阱分布以及载流子从陷阱中释放的过程。此外,还研究了该材料的光激励性能,并根据发射光谱与余辉光谱的对比以及Sm³⁺在基质晶格中的占位情况提出了合理的余辉机理。