Sr2MgSi2O7-Eu2+,Dy3+的微結(jié)構(gòu)與發(fā)光性能關(guān)系的研究.pdf

1、長余輝發(fā)光材料是一種能夠儲(chǔ)能的功能材料，此材料經(jīng)照射后能夠在無光的環(huán)境下持續(xù)發(fā)光，所以也是一種節(jié)能環(huán)保材料。目前，新一代的長余輝發(fā)光材料主要為硅酸鹽類和鋁酸鹽類發(fā)光材料，由于硅酸鹽類具有耐水性，所以本文選用硅酸鹽長余輝發(fā)光材料Sr2MgSi2O7:Eu2+, Dy3+作為研究對象。對于此類長余輝發(fā)光材料的研究也就發(fā)生在最近十幾年，還有許多問題需要探索。在長余輝發(fā)光材料中，陷阱能捕獲自由的電子和空穴，對余輝性能起到?jīng)Q定性的作用，在基質(zhì)中缺

2、陷充當(dāng)陷阱，而研究其微結(jié)構(gòu)能夠了解缺陷的變化。所以本文從長余輝發(fā)光材料的微結(jié)構(gòu)出發(fā)，研究微結(jié)構(gòu)與發(fā)光性能的關(guān)系，本論文的主要研究內(nèi)容和所得結(jié)果如下：
　　系統(tǒng)地研究了Sr2MgSi2O7: Eu2+,Dy3+長余輝發(fā)光材料的晶粒表面特性對發(fā)光性能的影響，采用球磨破碎、輥磨破碎和人工瑪瑙研缽研磨破碎方式對其進(jìn)行破碎，獲得了具有不同晶粒形貌的長余輝發(fā)光粉，測試結(jié)果表明：輥磨破碎保持了晶粒的完整性，陷阱深度最淺，陷阱密度最大，發(fā)光性能最

3、好；而球磨破碎破壞了晶粒的完整性，產(chǎn)生了更多的新的表面，陷阱最深，陷阱密度最小，發(fā)光性能最差；手工研磨只破碎了部分晶粒的表面，陷阱深度與密度和發(fā)光性能介于前兩者中間。元素分析表明：還原氣氛下獲得的晶粒表面具有更多氧空位，如具有合適的密度，對發(fā)光性能有很大的提高作用。對采用不同破碎方式所得發(fā)光粉進(jìn)行二次還原，結(jié)果表明：當(dāng)破碎所得新生面被二次還原后，陷阱深度變淺，陷阱密度變大，發(fā)光性能得到提高；當(dāng)原有晶粒表面被再次還原后，產(chǎn)生了氧空位濃度淬

4、滅，降低了發(fā)光性能。以上結(jié)果證明了氧空位及其密度對發(fā)光性能的重要性。當(dāng)樣品再次被氧化后，發(fā)光性能降低比較明顯。在常溫下應(yīng)用的發(fā)光粉宜采用輥磨的方式進(jìn)行破碎，而在高溫還原的條件下的應(yīng)用適合采用球磨的破碎方式。同時(shí)隨著Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+發(fā)光粉的比表面積的提高，晶界和完整晶粒先后被破碎，發(fā)光性能逐漸降低。
　　通過研究Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+長余輝發(fā)光材料的機(jī)械發(fā)光性能，討論了其在機(jī)械發(fā)光上應(yīng)用的可

5、能性。結(jié)果表明：隨著樣品所受壓力的增加，機(jī)械發(fā)光強(qiáng)度也越強(qiáng)。由于其結(jié)構(gòu)的各向同性，在機(jī)械發(fā)光后結(jié)構(gòu)容易受到破壞，使其在機(jī)械發(fā)光領(lǐng)域的發(fā)展受到很大的限制。
　　通過改變燒結(jié)制度來改變晶粒特性，從而研究晶粒特性對缺陷的種類、陷阱深度和密度、發(fā)光性能的影響，結(jié)果表明：煅燒溫度對發(fā)光材料的微結(jié)構(gòu)影響比較大，主要是通過改變晶粒的大小和晶粒中的缺陷類型對發(fā)光性能產(chǎn)生了較大影響，隨著煅燒溫度的提高，長余輝發(fā)光粉的晶粒結(jié)晶度更高，晶粒生長更加明顯

6、，晶粒尺寸不斷增大，晶粒比表面積減少，從而具有缺陷聚集并且陷阱較淺的表面減少，陷阱的深度變大，當(dāng)燒結(jié)溫度為1240℃時(shí)，所得的發(fā)光粉的激發(fā)和發(fā)射光譜，以及初始亮度的強(qiáng)度最高；隨著保溫時(shí)間的增長，長余輝發(fā)光粉的晶粒結(jié)晶度更高，晶粒更加明顯，改變保溫時(shí)間對陷阱的深度影響不大，當(dāng)保溫時(shí)間為2h時(shí)，有效陷阱密度最大，當(dāng)保溫時(shí)間大于2h時(shí)，有效的陷阱密度不斷下降，大大降低了發(fā)射光和余輝亮度的強(qiáng)度；隨著降溫速率的減小，晶粒的結(jié)晶度越來越完整，長余輝

7、發(fā)光粉的晶粒結(jié)晶度更高，晶粒更加明顯，當(dāng)降溫速率為3℃/min時(shí)，結(jié)晶度處于中間，提供了合適的陷阱，所得的發(fā)光粉的發(fā)光性能優(yōu)于其他的樣品。
　　采用不同的濕化學(xué)方法制備出了球形、棒狀、多孔Sr2MgSi2O7：Eu2+，Dy3+長余輝發(fā)光材料，并和采用高溫固相法制備的同目數(shù)的發(fā)光粉進(jìn)行了比較，雖然發(fā)光性能都比高溫固相法制備的發(fā)光性能稍微差一些，但是具有不用粉碎，分布均勻等優(yōu)點(diǎn)。在采用濕化學(xué)法獲得發(fā)光粉的發(fā)射光譜發(fā)生了藍(lán)移，這是由發(fā)

8、光中心Eu2+所處的晶體場的改變引起的。
　　在 Sr2MgSi2O7中單獨(dú)摻雜Eu離子能夠展現(xiàn)出一定的發(fā)光性能。在Sr2MgSi2O7：Eu2+，Dy3+長余輝發(fā)光材料中，Eu2+離子不僅可以充當(dāng)發(fā)光中心，同時(shí)還可以影響由Dy所引入的陷阱的深度和密度。Dy離子只能充當(dāng)和引發(fā)陷阱的作用。結(jié)合以上研究對現(xiàn)有的發(fā)光模型進(jìn)行了補(bǔ)充：發(fā)光中心Eu2+被激發(fā)后，自由電子和空穴被(VO··VSr??EuSr)n或者(2DySr·VSr??Eu