多元掺杂硅酸盐系红色长余辉发光材料制备与机理研究

稀土长余辉发光材料是一类光致储能功能材料，在弱光照明、交通运输、信息存储、高能射线探测等领域具有重要应用。现有稀土长余辉材料中蓝色和黄绿色发光材料的发光亮度和余辉时间等已基本达到实际应用的需要，并已工业化生产，而红色长余辉材料一直处于研发阶段。从三原色的角度考虑，将余辉颜色为红、绿和蓝色的材料按一定比例混合， 可以得到任意一种余辉颜色的发光材料。因而研发红色长余辉发光材料具有重要意义。本课题探索采用微波合成法制备多元掺杂硅酸盐系红色长余辉发光材料的原理，借助热释光技术、电子自旋共振、红外激光、同步辐射真空紫外光谱等检测手段重点研究掺杂后晶体中陷阱能级的种类、深度、浓度及能量传递，分析掺杂离子、晶体缺陷结构与发光光谱、光强、余辉时间的关系，阐明材料光谱红移的规律，提出多元掺杂硅酸盐系红色长余辉发光材料的制备方法。课题成果将对研发硅酸盐系红色长余辉发光材料提供理论基础。

硅酸盐系发光材料具有光色多元、色纯度较高、性能稳定等优点，目前已经成为发光材料界研究热点。但是与蓝光和绿光相比，硅酸盐系红色发光材料的发光性能较差，从三原色角度考虑，将光色为红、绿、蓝色的发光材料混合可以制得任一种光色的发光材料，因此红光发光材料的研发具有重要的科研意义。项目针对该问题，基于制备一种发光性能较好的性能稳定的红色光发光材料展开研究，主要研究工作和成果总结为如下三个方面：.（1）高温固相法制备长余辉发光材料MgSiO3∶Mn2+,Nd3+，对这种双掺体系红色长余辉材料的发光性能进行了研究。通过研究发现其发射峰对应波长为640 nm源于Mn2+的4T1(G4) →6A1(6S)跃迁。在MgSiO3∶Mn2+,Nd3+中存在Nd3+→Mn2+能量传递。热释光谱研究表明双掺、单掺体系热释峰所对应的缺陷能级分别为0.62eV和1.08eV。其中83℃(356K)的热释峰对长余辉发光有利，而125℃(398K)热释峰不利于长余辉发光。.（2）采用静电纺丝技术结合高温还原煅烧的方法，分析其发光性能，阐述了其发光机理，推导了硅酸盐发光材料通过能级劈裂光色红移蓝移原理。研究结果表明纤维状Sr2MgSi2O7: Eu2+，Dy3+发光材料的初始余辉亮度为0.35cd/m2，余辉衰减呈先快后慢的趋势。陷阱能级分析表明，陷阱能级的深度与余辉衰减时间成正比关系。静电-高温固相法有利于发光材料的粒径及结构的控制，从而调控硅酸盐发光材料发射光谱发光亮度，为硅酸盐系红色发光材料的研究提供新思路、新方法。.（3）制备了一种新型的红色发光材料光转换剂/SrAl2O4:Eu2+,Dy3+/PET,采用扫描电镜、X射线衍射仪、荧光分光光度计和光谱扫描色度计等仪器研究了这种红色发光材料的光谱及光色等发光性能；并通过色坐标计算公式对其光色坐标进行计算。通过研究发现：光转换剂/SrAl2O4:Eu2+,Dy3+/PET发射光谱位于600nm左右出现发射峰，且通过色坐标方程计算其发光光色位于橙-红色光区域。在此基础上，分析了光转换剂/SrAl2O4:Eu2+,Dy3+/PET内部光能传递机理，并对该种材料的发光稳定性进行了探讨。通过光转换剂/SrAl2O4:Eu2+,Dy3+/PET复合发光材料红色发光性能及能量传递机理的研究，为开发新型的、发光性能较好的红色发光材料提供一定的理论基础和实验依据。