长余辉发光材料简称长余辉材料,又被称为蓄光型发光材料、夜光材料,其本质上是一种光致发光材料,它是一类吸收能量如可见光,紫外光,X射线等,并在激发停止后仍可继续发出光的物质。长余辉材料能将能量储存在能陷里,被广泛应用于紧急照明设施、交通标示、装饰工艺、织物印花等弱光显示领域,以及信息存储器件、光电子信息、高能粒子射线探测等众多领域,是一种具有应用前景的材料。本文选择晶体结构稳定,物理与化学性质优良、安全无害,成本低的碱土锡酸盐M₂SnO₄（M=Ca,Sr）作为基质材料,通过掺杂稀土离子合成新型红色、绿色、黄色、白色长余辉材料。采用固相反应法在空气氛围和真空氛围分别烧结样品,通过XRD衍射分析了对合成样品进行物相结构分析,利用吸收光谱、激发光谱和发射光谱对合成样品进行了荧光性能分析,利用余辉光谱和余辉衰减曲线表征材料样品的余辉性能,并做了适当的余辉机理分析。本文具体研究内容和结果主要包含以下几个方面:1.合成M₂SnO₄:Sm³⁺（M=Ca,Sr）长余辉材料,发现空气氛围烧结过程时,优先生成中间产物CaSnO₃,中间产相再与CaO继续反应生成稳定的目标Ca₂SnO₄相,该过程的适宜温度为1400℃,合成时间需要4 h。而在CO弱还原气氛时,由于中间产物SnO的出现,使得合成Ca₂SnO₄:Sm³⁺时的反应温度降低300℃,同时发光性能提高60%以上。样品Ca₂SnO₄:xSm³⁺中发光性能最优的Sm³⁺离子掺杂浓度为x=0.010。样品Ca_2-xSnO₄:xSm³⁺主要发射峰位于610、619、654nm,分别归属于Sm³⁺的⁴G_5/2→⁶H_J（J=5/2,7/2,9/2）能级跃迁,光谱复合结果发橙红光,荧光发射光谱和余辉光谱的CIE坐标分别为a（x=0.603,y=0.3951）和b（x=0.5635,y=0.4358）,位于CIE1931色度图橙红色范围。深入研究了Ca₂SnO₄:Sm³⁺的发光性能和余辉机理,建立了长余辉发光机理模型。2.制备了新型红色长余辉材料Ca_2-xSnO₄:xEu³⁺和黄绿色长余辉材料Sr_2-xSnO₄:xEu³⁺。研究发现从荧光角度来看Ca₂SnO₄基质对Eu³⁺离子的溶解度高达x=0.2,此时荧光发射光谱的CIE坐标分别为（x=0.6548,y=0.3449）,位于CIE1931色度图红色区域。通过分析掺杂不同浓度Eu³⁺离子时样品Ca_2-xSnO₄:xEu³⁺的发射光谱和余辉光谱的不同变化,发现对称性较低的Ca格位对Eu³⁺离子的溶解度很高（x=0.2）,而对称性较高的Sn格位对Eu³⁺离子的溶解度却极低（x=0.001）,并得出对荧光发射强度起主要作用的是占据Ca位的Eu³⁺的⁵D₀-⁷F₂电偶极跃迁,而对余辉性能起主导作用的是占据Sn位的Eu³⁺的⁵D₀-⁷F₁磁偶极跃迁。由于四方晶系的SrSnO₄与正交晶系Ca₂SnO₄的晶体对称性的差异,导致它们发光颜色不同。3.开发了红色长余辉材料Ca₂SnO₄:Pr³⁺、绿色长余辉Ca₂SnO₄:Er³⁺、白色长余辉材料Ca₂SnO₄:Dy³⁺,拓展了锡酸盐长余辉材料基质的选择、丰富其余辉发光颜色。红色长余辉材料Ca₂SnO₄:Pr³⁺,余辉光谱主要由以604、625 nm以中心的2个宽峰组成,由于光谱的复合,余辉发红光,CIE坐标为（x=0.6726,y=0.3271）,位于CIE 1931色度图的红色区域。当Pr³⁺的掺杂浓度为x=0.0007时,余辉性能最好。绿色长余辉Ca₂SnO₄:Er³⁺,发射峰主要分布在525、536、552、559 nm归属于Er³⁺离子的²H_11/2–⁴I_15/2能级跃迁发射,在紫外光激发下产生烈的绿光发射。当Er³⁺的掺杂浓度为x=0.005时,余辉性能最好当余辉光谱的CIE坐标为（x=0.2777,y=0.7042）,位于CIE 1931色度图的黄绿色范围。白色长余辉材料Ca₂SnO₄:Dy³⁺,发射光谱从蓝色到红色范围都较强的发射主要包括有476、480、492 nm（蓝色）,561、573 nm（黄色）,667 nm（红色）,其中最强峰位于573 nm,光谱复合结果发白光。当Dy³⁺浓度为x=0.005时,余辉性能最好,其CIE坐标分别为（x=0.3347,y=0.3701）位于CIE 1931色度图的白光区域。4.利用三价稀土离子(La³⁺,Gd³⁺)作为辅助激活离子有效提高了Ca₂SnO₄:Eu³⁺,Sm³⁺的余辉性能。研究发现辅助激活离子能够非常显著的提高余辉性能（亮度和衰减寿命）而不改变余辉发光颜色。样品Ca_2-x-ySnO₄:xSm³⁺,yLa³⁺（x=0.005,y=0.05）的余辉亮度相比单掺Sm的样品Ca_2-x-ySnO₄:xSm³⁺,yLa³⁺（x=0.005,y=0）提高了6倍。Ca_2-x-ySnO₄:xEu³⁺,yGd³⁺（x=0.001,y=0.001）相比单掺Eu（x=0.001,y=0）的余辉亮度提高了4倍。辅助激活剂的共掺产生了更多适宜能级深度的空穴陷阱,从而有利于余辉的增强。5.真空氛围合成了Ca₂SnO₄:Re³⁺（RE=Pr,Sm,Er）长余辉材料,真空氛围没有破坏Ca₂SnO₄晶体的整体结构。真空烧结过程产生的氧空位猝灭了基质Ca₂SnO₄的以335 nm为中心的宽激发带,但对发射光谱没有明显的影响。真空烧结过程产生了额外的正电性的氧空位缺陷和负电性的金属空位缺陷,形成新的深度略小、浓度增大的丰富的陷阱,带来更优的余辉性,余辉亮度和衰减时间得到明显的改善,真空氛围合成的Ca₂SnO₄:Eu³⁺、Ca₂SnO₄:Sm³⁺、Ca₂SnO₄:Er³⁺样品的余辉亮度分别提高2⁴倍。