長余輝發(fā)光材料CdSiO3-Mn2+,RE3+(RE=Sm,Dy,Eu,Tb,Nd,Er,Ho)的制備及其發(fā)光性能研究.pdf

1、長余輝發(fā)光材料是一類吸收太陽光或人工光源所產(chǎn)生的光而發(fā)出可見光，在激發(fā)停止后仍可繼續(xù)發(fā)光的物質(zhì)，是一種節(jié)能儲能材料。目前，這種材料的應用非常廣泛，如交通指示牌，緊急照明設備，汽車儀表顯示盤和發(fā)光涂料等領(lǐng)域。
　　 長余輝材料的基質(zhì)主要有三類：金屬硫化物系列、鋁酸鹽系列和硅酸鹽系列。與其它兩種長余輝基質(zhì)相比，硅酸鹽系列由于具有發(fā)光顏色多樣，耐酸，耐堿，抗氧化等特點，近年來逐漸成為研究熱點。
　　 偏硅酸鎘具有一維無限長鏈的

2、晶體結(jié)構(gòu)，每個硅氧四面體共用兩個頂點，在高溫制備過程中很容易在晶體結(jié)構(gòu)中造成隨機分布的缺陷。而這些隨機分布的缺陷在低維化合物中更容易成為發(fā)光材料進行能量傳遞的媒介體。因此，CdSiO3是一種非常不錯的長余輝基質(zhì)材料。
　　 本文采用高溫固相法和溶膠凝膠法制備了一系列以Mn2+和稀土離子RE3+(RE=Sm，Dy，Eu，Tb，Nd，Er，Ho)摻雜的偏硅酸鎘長余輝發(fā)光材料。論文工作分為以下幾部分：
　　 1.采用傳統(tǒng)的高溫

3、固相法合成長余輝發(fā)光材料CdSiO3，CdSiO3：Mn2+，CdSiO3：Mn2+，RE3+(RE=Sm，Dy，Eu，Tb，Nd，Er，Ho)。系統(tǒng)考察了不同的Mn2+和RE3+摻雜濃度對樣品發(fā)光性能的影響，通過熒光光譜，余輝衰減曲線，余輝譜，熱釋譜等檢測手段，確定了樣品最佳的Mn2+和RE3+摻雜濃度。不同的稀土離子，具有最佳余輝性能的雙摻雜樣品的Mn2+和RE3+的配比值不同，主要是因為RE3+半徑不同，取代Cd2+后，在基質(zhì)材料

4、中引入的陷阱能級的密度和深度不同。另外也系統(tǒng)研究了CdSiO3基質(zhì)，CdSiO3：Mn2+，CdSiO3：Mn2+，RE3+的發(fā)光性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)對于Mn2+單摻和稀土離子雙摻雜的樣品，無論從樣品的發(fā)射譜還是余輝譜中，位于587nm處的特征峰始終占主導地位，對應于Mn2+的4T1g(G)-6A1g(S)躍遷，因此可以說明Mn2+為發(fā)光中心。另外，由于摻入RE3+后，樣品的余輝時間大大延長，但是余輝譜中沒有或者幾乎看不到RE3+特征峰，可以確定

5、稀土離子在制備的長余輝材料中起輔助激活劑的作用。
　　 2.用溶膠-凝膠方法制備偏硅酸鎘基質(zhì)。通過XRD，SEM等檢測手段研究熱處理溫度和熱處理時間對制備樣品的結(jié)構(gòu)和形貌影響。隨著熱處理溫度的升高，樣品的雜質(zhì)峰逐漸消失，樣品的衍射峰強度呈先增大后減小趨勢。樣品在熱處理過程中出現(xiàn)熔解再結(jié)晶現(xiàn)象。當熱處理溫度升高到1100℃時，樣品出現(xiàn)玻璃化現(xiàn)象，很難從容器中取出進行后續(xù)測試。1050℃為樣品的最高熱處理溫度。但是在1050℃過度延

6、長保溫時間，樣品也會出現(xiàn)玻璃化現(xiàn)象。同時也對比了固相法和溶膠凝膠兩種方法對制備樣品的結(jié)構(gòu)的影響。與固相法的制備條件(1050℃，5 h)相比，溶膠凝膠法可以在相對較為溫和的條件(900℃，2 h)下制得結(jié)晶度較好的純凈的CdSiO3基質(zhì)，是一種較有發(fā)展前途的制備方式。
　　 3.在固相法獲得Mn2+和RE3+最佳配比的基礎(chǔ)上，采用溶膠凝膠法通過不同的熱處理條件制備了一系列Mn2+和RE3+雙摻雜的CdSiO3：Mn2+，RE3+

7、(RE=Sm，Dy，Eu，Tb，Nd，Er，Ho)長余輝材料。研究熱處理溫度和熱處理時間對樣品余輝性能的影響。同時也考察了不同制備方法(固相法和溶膠凝膠法)對樣品余輝性能的影響。隨著熱處理溫度的升高，Cd2+的揮發(fā)變多，造成的缺陷越多，陷阱密度越大，余輝時間越長。另一方面，隨著熱處理溫度的升高，CdSiO3晶格發(fā)育越完善，越有利于Mn2+和RE3+進入晶格形成更多的發(fā)光中心和更多的陷阱能級，發(fā)光強度變大，余輝強度增強，余輝時間增長。當熱