【摘 要】
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长余辉发光材料具有光致发光及储光能特性,既可作为储能、节能材料也可作为药物示踪及信息存储等先进材料。本论文对长余辉发光材料进行系统资料调研,对其制备、结构、性能及发光机理进行归类总结。以化学性能稳定、量子效率高、能隙大的铝酸锶Sr3Al2O6为基质材料,稀土离子Pr3+为激活剂。采用高温固相法在空气气氛下制备了Sr3Al2O6:Pr3+、Sr3Al2O6:Pr3+,Sm3+及 Sr3Al2O6:P
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长余辉发光材料具有光致发光及储光能特性,既可作为储能、节能材料也可作为药物示踪及信息存储等先进材料。本论文对长余辉发光材料进行系统资料调研,对其制备、结构、性能及发光机理进行归类总结。以化学性能稳定、量子效率高、能隙大的铝酸锶Sr3Al2O6为基质材料,稀土离子Pr3+为激活剂。采用高温固相法在空气气氛下制备了Sr3Al2O6:Pr3+、Sr3Al2O6:Pr3+,Sm3+及 Sr3Al2O6:Pr3+,Dy3+橙红色长余辉发光材料。对所制备材料的结构及发光性能进行XRD、SEM、EDS、XPS、UV-Vis吸收光谱、激发发射光谱、衰减曲线及热释光谱（TL）等表征分析。基于材料的微观结构及性能分析,构建材料的发光机理,探索改善材料发光性能的影响因素,做出了一定的创新工作,取得了一些有意义的研究成果。（1）采用高温固相法制备Pr3+激活Sr3Al2O6橙红色长余辉发光材料,其属于立方晶系、物相为PDF#24-1187,呈花状形貌。材料所测试的Sr3Al2O6直接带隙为5.32 eV,在紫外区存在的吸收带归属Pr3+的f-d跃迁,并在基质晶格中产生局域能级。位于560、612、626-634、650-659、714、740 和 761 nm 处的发射峰分别归属于 Pr3+的3P1→3HJ（J=5、6）、3p0→3HJ（J=5、6）、1D2→3HJ（J=4、5）和 3P0→3FJ（J=2、3、4）跃迁。XPS 测定与缺陷方程分析推测材料晶格中存在Vo··、VSr"、VAl’’’、Oi"、PrSr·和PrSr··缺陷及[P4Sr·-Oi"-PrSr·]/[PrSr··-Oi"-PrSr··]缺陷簇。材料能级陷阱为 0.73 eV、0.76 eV 和 0.83 eV,其深度合适且具有较高陷阱浓度,能有效蓄光且改善材料发光性能,目测余辉时间可达6 h。EPR分析证实缺陷对电子的捕获与热释放。基于能带理论及缺陷理论构建电子-空穴对发光机制。（2）Sm3+共掺杂有效改善Sr3Al2O6:Pr3+材料的发光性能,在材料中产生Vo··、PrSr·、PrSr··和SmSr·缺陷及[PrSr·-Oi"-PrSr·]/[PrSr··-Oi"-PrSr··]/[SmSr·-Oi"-SmSr·]缺陷簇。Sm3+共掺杂Sr3Al2O6:Pr3+获得合适陷阱深度0.76 eV和0.79 eV,并显著增加陷阱浓度,提高捕获载流子能力,延长电子-空穴对寿命,有效改善材料发光性能,目测余辉时间长达17 h。基于能带理论、缺陷理论作用构建Sm3+共掺杂长余辉材料的发光机理。（3）Dy3+共掺杂有效改善Sr3Al2O6:Pr3+材料的发光性能,Dy3+发挥着发光中心、缺陷提供者及敏化离子的三重功能作用。发射光谱表明,材料的橙红色发光主要来源于Pr3+的 f-f 跃迁,而 Dy3+离子的 4F9/2→6H13/2（602-622 nm）和 4F9/2→6H11/2（720-786 nm）跃迁对橙红光也有贡献。Dy3+的发射峰与Pr3+的激发峰有部分能级重叠,存在Dy3+→Pr3+的能量传递,对材料的发光性能有贡献。Dy3+与Pr3+/Pr4+共掺杂将产生Vo··、PrSr·、PrSr··和DySr·缺陷及[PrSr·-Oi"-PrSr·]/[PrSr··-Oi"-PrSr··]/[DySr·-Oi"-DySr·]缺陷簇,有效增加陷阱能级浓度,增强捕获载流子能力,明显改善材料发光性能,材料余辉时间可达10 h。根据能带理论和缺陷理论构建了材料的发光机理。
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