物理学-毕业论文-绿色长余辉材料的发光原理与性能分析

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1、绿色长余辉材料Sr2ZnSi2O7:Mn2+，Tb3+的发光原理与性能分析摘要：回顾了不同长余辉发光材料的研究进展；讨论了长余辉发光材料的发光机理；对绿色长余辉发光材料Sr2ZnSi2O7:Mn2+，Tb3+发光性能和存在的问题进行了分析，并进一步对其发展进行了探讨。引言：随着现代科学技术的迅猛发展和光学研究的日益深入,发光材料已从一般的电致发光、显示和照明材料发展为由高能射线、阴极射线、光、声、热以及化学、生物和机械能等激发的广泛用于超薄电视、等离子和液晶显示、微型监视器及精密传感器和探头等高科技领域的关键材料,遍及人们生活的每个角落。长余辉发光材

2、料是一类光照时能吸收和储存激发能,停止激发后能把储存的能量以可见光的形式逐渐、持续地发射出来,时间可达几小时甚至几十小时,是一种蓄光型发光材料。该材料除作为夜光标志材料外,还可用于交通、建筑、化工、矿山和家用电器等作为无源显示及低度照明材料。特别是随着光电技术的发展,又开始涉足于光电信息转换和二维图像存储等高技术领域,表现出广阔的应用前景,再次引起各国学者及产业界的关注和介入，同时，作为一种节能环保的能源，长余辉有着良好的发展前景。然而，作为一种绿色能源材料，目前长余辉的各种优势并没有完全被开发利用；今后还须潜心研究和探测，为能源的节约和优化开辟一条

3、新途径本文从长余辉发光材料的发光机理和性能等方面进行了详细的介绍，并对长余辉材料的发展方向进行了展望。1Sr2ZnSi2O7长余辉发光材料的发光机理对于长余辉发光材料的机理研究，从20世纪90年代至今一直是人们研究的热点，提出了不同的余辉发光机理。1.1空穴转移模型自从发现Mn2+和Tb3+共掺杂的Sr2ZnSi2O7长余辉发光材料后，很多人对其发光机理进行了研究。其机理可概括为空穴转移模型[1～2]，如图1所示。在日光或紫外光的激发下，Mn2++被激发，电子从基态跃迁到激发态，产生了4f一5d跃迁，在4f基态能级产生空穴，通过热能释放到价带，此过程

4、使Mn2+转化成Mn1+，产生的空穴通过价带迁移，被Tb抖俘获，此时Tb3+转化成Tb4+。当外部光源停止激发后，由于热扰动，被Tb3+俘获的空穴又返回价带，空穴在价带中迁移至激发态的Mn1+附近并被其俘获，这样电子和空穴进行复合产生了长余辉发光。Jia等人[3]指出对于捕获的空穴脱离陷阱的过程，经历了3个阶段：(1)被捕获的空穴由于热扰动通过Tb4+释放到价带；(2)空穴在价带中迁移；(3)空穴与Mn1+的复合。因此，空穴转移模型的实质就是空穴的产生、转移和复合的过程。图1空穴转移模型1.2位型坐标模型空穴转移模型中出现了Mn1+和Tb4+，然而至

5、今没有实验证实在激发后的发光材料中存在Mn1+和Tb4+等异常价态的离子。而Qiu等[4]的实验证明，通过X射线和激光辐照前后，掺杂离子的吸收光谱并没有差别，其价态也没有发生变化，所以该模型就受到了质疑。Qiu[5]和苏锵[6]等提出了长余辉发光的位型坐标模型，如图2所示。A是Mn2+的基态，B是Mn2+的激发态，C是掺入的杂质离子或者基质中的一些其它缺陷所产生的陷阱能级。苏锵等认为在外部光源的激发下，电子从基态跃迁到激发态(过程1)，一部分电子跃迁回低能级产生Mn2+的特征发光(过程2)，另一部分电子则通过驰豫过程被陷阱能级捕获(过程3)。当存储在

6、陷阱中的电子吸收能量后，重新受激发回到激发态，然后跃迁回基态而产生发光。余辉时间的长短与存储在陷阱能级中的电子数量和吸收的能量有关：陷阱能级中的电子数量越多，发光时间越长；吸收的能量多，使电子容易克服陷阱能级与激发态能级之间的能量间隔，从而产生持续发光现象。但是并不是吸收的能量的持续增加就会使发光时间延长，若足够的能量使陷阱能级中的电子一次性全部返回激发态能级，并不会有助于发光时间的延长；反之，吸收的能量很小，不足以使电子返回激发态能级，也观察不到发光现象。因此，发光时间的长短取决于陷阱能级中电子的数量和其返回激发态能级的速率。图2位型坐标型2绿色长

7、余辉材料Sr2ZnSi2O7:Mn2+，Tb3+发光性能分析在经过一定工艺制得绿色长余辉材料Sr2ZnSi2O7:Mn2+，Tb3+后，现在对其发光性能进行分析。2.1Mn2+掺量对发光性能影响的分析图3不同Mn2+掺量Sr2ZnSi2O7:荧光粉余辉衰减曲线2.2Tb3+掺量对发光性能影响的分析在Sr2ZnSi2O7:Mn2+0.01荧光粉研究的基础上，改变Tb3+与基质的摩尔比，产物的0～150s和151～600s余辉衰减曲线及余辉时间分别示于图4和表1中，可以看出：Tb3+掺杂能改善荧光粉的发光性能，但Tb3+掺量太少时，荧粉的发光性图4不同T

8、b3+掺量Sr2ZnSi2O7:，荧光粉余辉衰减曲线能没有得到明显改善；当Tb3+掺量增加到与基质的摩尔比为