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稀土离子铕、镝掺杂的长余辉材料因具有发光亮度高、余辉时间长、化学性质稳定、无毒等特点,被广泛应用于人们的生活和生产中。但仍然存在合成温度高,发光颜色不够丰富等缺点,并且到目前为止,人们对此类材料的长余辉机理,特别是以铝酸盐为基质的长余辉发光材料,也尚未形成统一的定论。所以对此类材料的研究仍是人们研究的热点。
本文采用能制备出高亮度、大晶粒长余辉材料的高温固相法为制备方法,以SrAl2O4和Sr4Al14O25为基质,研究Eu、Dy离子共掺下,两种长余辉材料的热释光特性,以期深入了解长余辉发光材料的长余辉机制,为研究材料长余辉机理提供有用的参考信息。采用高温固相法,在弱还原气氛下分别制备了SrAl2O4:Eu和SrAl2O4:Eu,Dy及Sr4Al14O25:Eu,Sr4Al14O25:Eu,Dy和Sr4Al14O25:Eu,Nd磷光体。用X射线衍射仪、荧光光谱仪和微机热释光剂量计分别对样品进行结构、发射及激发光谱和热释光谱进行表征,样品的余辉衰减曲线则采用单光子计数器进行测量。在SrAl2O4:Eu2+,Dy3+和Sr4Al14O25:Eu2+,Dy3+长余辉发光材料中,一般认为,三价稀土离子Dy3+的掺杂能够在禁带中形成局部缺陷能级。这些局部的缺陷能级位于导带的下面,对导带的电子起着束缚的作用。电子可以在陷阱能级中停留相当长时间,只有在外界作用下(热扰动)才会缓慢地释放出来。电子在陷阱能级中停留时间的长短与能级的深度有关。陷阱能级越深,停留时间越长。但我们的实验结果表明:无论在SrAl2O4:Eu2+还是在Sr4Al14O25:Eu2+样品中,都存在深度不同的两个陷阱能级,说明Eu2～的掺杂能够在SrAl2O4和Sr4Al14O25的基质中引入深度不同的陷阱能级。而且在SrAl2O4:Eu2+,Dy3+和Sr4Al14O25:Eu2+,Dy3+样品中,热释光谱中相同的位置也存在着对应的陷阱能级,表明Dy3+的掺杂并不改变原有陷阱能级的深度。热释光峰强度对比结果及峰值拟合结果显示,Dy3+的掺杂能够增加低温热释峰的强度。对应于低温热释峰的陷阱能级有利于室温下载流子的释放,低温热释峰强度的增加能够有效地改善材料室温下的长余辉特性,表明Dy3+的掺杂能够显著增加原有浅陷阱能级中电子的填充,影响了材料中陷阱态密度的分布,从而改善材料的室温长余辉特性。在SrAl2O4基质中,不同陷阱能级具有不同的电子衰减规律,同时陷阱能级之间存在电子转移的情况,形成了长余辉材料余辉复杂的衰减规律。Nd在Sr4Al14O25的基质中能够显著提高Sr4Al14O25:Eu2+深陷阱能级中被束缚电子的密度,但由于深陷阱能级的深度较深,不利于在室温下电子的脱释,所以深陷阱能级被束缚电子密度的增加,不能够显著改善室温下Sr4Al14O25:Eu2+的余辉特性.掺杂元素的电子库仑势的不同,可能造成了在Sr4Al14O25的基质中Dy3+或Nd3+掺杂对不同热释光峰的影响。