微纳米结构长余辉发光材料中纳米表面缺陷的储能机制研究

Kinds of synthesis routes will be used for the preparation of micro-and nano-sized long-lasting phosphor with various particle sizes in this work.The increased surface traps due to the large surface-to-volume ratio in the nano-sized phosphors can increase the long-lasting phosphorescence.XRD,TEM and SEM are used to characterize the crystal structure, microstructure and surface morphology of the products.The luminescence properties including fluorescence and long persistent phosphorecence of the samples as a function of particle sizes will be investigated in detail by using photoluminescence and photoluminescence excitiation spectra as well as time decay patterns of fluorescence and phosphorescence. Based on the measurements above and combined with TL spectra, the defect properties (formation and distribution)and the origin of the afterglow are studied.We try to propose a possible mechanism to explain the increasing long afterglow in nano-sized material. Our work will make a great contribution in the field of long-lasting phosphor and will develop a new way to obtain full colorization of long-lasting phosphorescence materials.

本项目拟使用多种湿化学方法制备多种尺寸、形貌的微-纳米结构长余辉材料。利用纳米材料中大的比表面积产生的表面缺陷，作为长余辉材料的储能陷阱，提高余辉的发光效率和余辉时间。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射等手段对材料的尺寸、形貌和晶体结构进行表征。并通过对激发、发射和寿命分析等基本光谱特性的研究，揭示纳米材料的尺寸、形貌和结晶状态对荧光和余辉发光性质的影响。利用热释光谱并结合精细光谱分析对材料中缺陷的形成、分布以及余辉产生的具体过程进行分析。揭示表面缺陷在余辉发光中所起的作用，深入探索在纳米结构中产生或者增强长余辉的机理。通过实验证明表面态可以作为储能陷阱来提高长余辉发射。本项目的实施为纳米技术在长余辉材料中的应用提供科学基础和技术依据，为制备多色长余辉材料开辟新的途径。

本项目首先通过高温固相法制备了Mn2+掺杂的锗酸盐长余辉磷光体Zn2GeO4和Cd3Al2Ge3O12。光谱分析表明样品呈现出Mn2+离子的4T1(4G)-6A1(6S)跃迁绿色荧光发光。通过共掺杂过渡金属敏化剂Zr4+、Cr3+和Cd2+获得了锗酸盐磷光体中Mn2+离子长余辉发光的增强。Zn2GeO4是一种本征缺陷丰富的基质材料，因此，接下来本项目使用水热合成法合成微纳米结构的Zn2GeO4磷光体，并对其荧光以及长余辉发光特性进行了研究。通过改变水热反应前驱体溶液的pH值，获得了不同尺寸形貌的微纳米结构Zn2GeO4，其形貌由米状结构（长约100nm，宽约50 nm）变化到棒状结构（长约200nm，宽约50 nm）。其光致发光光谱表明所获得样品的发射光谱为多个高斯峰复合而成的蓝白色宽带发光，不同高斯峰对应不同的本征缺陷中心。而样品通过1000 °C高温退火反应后，位于530 nm的本征缺陷发光获得了增强，样品呈现出绿色荧光发光。相应的中心位于530 nm的绿色荧光并伴有长余辉发光现象，这在关于Zn2GeO4缺陷发光的报道中未见报道。本项目还对稀土掺杂含锆复合氧化物的荧光特性进行了研究。通过共沉淀法制备了ZrO2-Al2O3固溶体复合氧化物结构，并获得了在ZrO2-Al2O3固溶体中稀土Er3+离子的2H11/2-4I15/2和4S3/2-4I15/2跃迁的绿色上转换发光，以及4F9/2-4I15/2跃迁的红色上转换发光的增强。固溶体中形成的氧空位中心（2.63 eV）与Er3+离子的4F7/2能级位置相接近，电子会存储在氧空位中心，然后经无辐射把能量传递到Er3+离子的4F7/2能级。因此，在ZrO2-Al2O3固溶体复合氧化物结构中上转换发光得到了增强。由于氧空位中心对电子的存储作用，理论上有产生长余辉的可能性，本项目将对该部分工作继续进行相应的研究。