论文部分内容阅读
长余辉发光材料是一类具有蓄光且多用途的绿色功能性材料。Zn3(PO4)2基长余辉发光材料具有化学稳定、合成容易、原料便宜、产物为白色和环境友好等特点。本文分别采用高温固相法、溶胶凝胶法及共沉淀法分别制备了纯缺陷作为发光中心以及以Mn2+作为发光中心的Zn3(PO4)2基长余辉发光材料,并对其发光特性、掺杂离子在发光过程中所起的作用及陷阱缺陷类型进行探讨。根据实验认为材料存在多种发光机理。以缺陷为发光中心的淡蓝绿色长余辉材料MxZn3-0.5x(PO4)2(M=Li+,Na+,K+),从420到550 nm之间有很宽的发射峰,最大值位于460 nm处,目测余辉时间达4 h。煅烧气氛及掺杂离子对材料的发光性能均有显著影响。在还原性气氛中煅烧能获得高的氧缺陷浓度。本文认为材料中存在两种发光机理,一方面是由于电子从价带中被光激发出来后被氧缺陷捕获,再经过热扰动从陷阱中释放出来,最后返回基态而发光;另一方面,带负电的Na+空位会在材料中迁移与带正电的氧空位Vo¨复合而发光,Na+离子迁移需要有合适的通道,太大或太小的通道以及材料发生玻璃化而导致通道垮塌均不利于Na+离子的迁移而影响材料的发光。α-Zn3(PO4)2:Mn2+,M+(M=Na,K)的发射峰位于548 nm处,归属于Mn2+的4T1g-6A1g跃迁,Mn2+处于四配位,为新绿色发光材料,目测余辉时间达2 h。实验表明掺杂Na+/K+离子可以显著提高材料中氧空位缺陷浓度。本文认为,电子被光激发到高能级态后会立即弛豫到较低的能级态,并大部分返回到基态发出可见光,而少部分通过“隧穿”效应进入陷阱,并被储存起来,再在热扰动下慢慢释放出来,并返回基态而发光。因此,材料发光性能的改善主要是氧空位缺陷浓度的提高。β-Zn3(PO4)2:Mn2+,RE3+(RE=Pr,Dy)中,发射峰位于620 nm处,归属于Mn2+的4T1g-6A1g的跃迁,Mn2+处于六配位,为红色发光材料,目测余辉时间可达4 h。掺杂Pr3+和Dy3+均可以明显改善材料的发光性能。Pr3+的(1D2,3PJ,1I6)-3H4和Mn2+的6A1-4T1之间存在能级重叠,Pr3+作为敏化剂其电子在跃迁至激发态(1D2,3PJ,1I6)后通过弛豫传递给Mn2+的4T1激发态,从而改善Mn2+的发光性能。β-Zn3(PO4)2:Mn2+,Dy3+被光激发后会在材料中产生电子空穴对。一些电子直接返回基态发光,另一些电子以及空穴被不同的陷阱缺陷所捕获,再在热扰动下被释放,之后相结合并释放一个光子或迁移至晶格中被其它陷阱中心重新捕获。样品余辉时间长短取决于电子空穴对在相遇前的寿命。