基于持续能量传递和量子剪裁的红外长余辉材料的机理研究

本项目基于已发展成熟的蓝、绿色长余辉发光中心向红外发光中心的持续能量传递和量子剪裁，获得高效的红外长余辉发射。单一稀土离子掺杂材料具有良好的红外发光特性，然而难以实现红外长余辉，其中一个原因在于很难在红外能量范围内的产生有效电子或空穴陷阱。本项目拟采用稀土离子共掺杂的方法，通过给体持续传递给具有红外发射能级的受体离子，从而实现红外长余辉。具体的研究内容包括：具有可见余辉特性的材料中，稀土离子在不同基质中组态重心移动和能级劈裂的变化规律；采用Yb3+作为红外发射中心，研究给体离子向Yb3+的量子剪裁行为，进一步研究给体离子向Yb3+的持续能量传递以及体系的红外余辉特性；稀土离子的掺杂浓度对量子剪裁及红外余辉特性的影响；通过光谱手段对基于能量传递和量子剪裁机理的红外长余辉材料进行分析，建立发光动力学模型，并对余辉产生机制及陷阱能级的性质进行深入探索，设计高性能红外长余辉材料。

本项目主旨是通过持续能量传递实现红色和红外余辉发射，详细研究能量传递的动力学过程，余辉材料中陷阱能级的性质和长余辉产生机制。.基于持续能量传递原理，CaAl2Si2O8: Eu2+/Dy3+体系中引入Mn2+实现白色余辉，应用Dexter理论分析Eu2+向Mn2+的能量传递机制为电偶极-电四极相互作用。同时我们发现了给体和受体的余辉衰减不同步，通过实验给出了证据并在理论上给出解释。研究不同稀土离子Nd3+, Dy3+, Ho3+, Tm3+, Yb3+与Eu2+共掺杂的Sr2Al2SiO7体系，通过余辉光谱、余辉衰减曲线和热释发光谱的测量证明了不同的掺杂剂可形成不同俘获能力的陷阱中心和陷阱深度，并且我们还发现了Tm3+与Eu2+共掺杂的Sr2Al2SiO7体系是一种性能十分优越的光存储材料。.稀土掺杂的KY3F10是一类在高能射线激发下产生长余辉发射材料，而且掺杂不同的稀土离子可观察到不同颜色的余辉。首先选择了KY3(1-x)Tb3xF10 (KY3F10:xTb3+)作为研究对象，研究了Tb3+离子间的交叉弛豫的能量传递过程，通过Dexter理论和Inokuti-Hirayama模型给出能量传递的类型为电偶极-电偶极相互作用，并且计算出临界距离和临界浓度分别为8.03Å 和 4.61×1020 cm-3。随后我们研究了KY3F10: Sm3+红色长余辉体系，采用热释峰分离技术分离出热释发光峰，并且都给出其动力学级次和陷阱深度，并且给出了基质、发光中心和陷阱中心的能级结构图谱，进而分析其余辉发光机制。.研究CaSnO3:Tb3+ 与碱金属离子Li+, Na+, K+共掺杂体系的长余辉特性，本工作中采用了变加热速率的热释发光谱的测试手段，计算得到了单掺杂和碱金属离子共掺杂四个样品的陷阱深度，并给出离子取代形成的空穴和电子陷阱中心类型，提出余辉产生模型。而后我们开展了红色和近红外长余辉的研究工作，首先仍以CaSnO3为基质，掺杂Eu3+，发现具有红色余辉性质，同时我们研究了该材料的热猝灭性质，测量300–750 K的变温荧光光谱，根据热猝灭理论和玻尔兹曼布居讨论了电子在Eu3+能级的布居并拟合结果，并测量了材料的余辉光谱。大量文献报道Tb3+ -Yb3+存在有效的量子剪裁并产生Yb3+红色发射，我们研究CaSnO3: Tb3+, Yb3+共掺杂体系并获得红外光谱。