基于缺陷态调控自激发荧光粉SrCaGa4O8的余辉性能及其机理研究

作     者：朱聪聪 

作者单位：昆明理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：邱建备

授予年度：2019年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：自激发基质 长余辉 缺陷态 光谱调控 热稳定性 

摘      要：长余辉材料是指经过外部光源照射之后能在切断光源的情况下持续发光,是一种节能环保、绿色健康材料,可用于安全显示、生物标记、信息存储等领域。然而,在长余辉材料被广泛应用到各个领域的同时,存在的问题也是比较明显的。短波发射长余辉材料的发展进入瓶颈期,稳定性长期没有得到改善;可大规模应用的材料种类少,发光颜色单一,基于应用需求的光谱调节也是亟待解决的问题。导致这些问题的主要原因是余辉发光机理不明确,载流子传输路径不清楚。众所周知,余辉发光过程依赖于缺陷态的存在。传统的余辉发光机理模型都是基于掺杂型材料进行研究的,掺杂剂的存在必然会造成缺陷态结构和局域能级的复杂化,这严重制约了长余辉材料的进一步发展和其更加广泛的应用。因此,我们有针对性地采取了简化缺陷态的策略,选用具有自激发特性的荧光粉材料作为研究对象,对其进行了系统的探究。首先明确基质的缺陷态结构及载流子的传输路径,并以此为基础;再通过掺杂方式来调控缺陷态结构进而改善余辉性能。具体包括以下三个部分内容:一、SrCaGaO缺陷态结构及载流子传输路径的研究通过高温固相法首次制备出了自激发基质材料SrCaGaO,在220nm激发下,呈现出400nm和550nm的荧光发射。通过对基质组成和烧结气氛的调控来对发光中心进行归属,发现其发光强度成规律性变化,说明该基质内存在三种发光中心分别为镓空穴、氧空穴、镓离子。热释光曲线显示基质存在不同深度的深陷阱,通过一系列高温光谱的分析可知,基质内载流子的传输路径为:吸收能量跃迁至导带→被缺陷态能级所捕获→脱离陷阱的束缚后释放到镓离子发光中心。二、掺杂Pr调控基质缺陷态结构提高热稳定性基于SrCaGaO材料的详细研究工作,引入稀土离子Pr离子作为发光中心,通过基质与Pr离子之间能量传递的方式成功实现了Pr离子的特征发光,系列热释光曲线显示掺杂Pr离子后调控了基质材料内的缺陷态,呈现出连续分布状态,利于发生载流子的再捕获和隧穿过程,使SrCaGaO:Pr材料的光致发光和余辉发光在高温下均呈现出良好的热稳定性能,增加了其在紧急火灾或大功率器件上的应用。三、掺杂Tb调控基质缺陷态结构实现光谱调节在SrCaGaO基质材料的研究基础上,引入掺杂剂Tb离子作为发光中心,同时调控了缺陷态能级,在230nm激发下,成功获得了Tb离子以D→F为主导的蓝光发射,发光峰位于380nm、420nm、440nm、485nm,符合隐花色素对光的吸收要求,可用于调节植物花期。通过系列荧光光谱、热释光曲线及余辉衰减曲线的分析发现,材料内载流子通过两个连续的隧穿过程释放到发光中心,并提出了相应的余辉发光机理模型。