采用高温固相法合成了Nb5+、Sm3+共掺杂YTaO4长余辉发光材料, 通过X射线粉末衍射(XRD)、稳态荧光光谱、漫反射光谱和热释光曲线等多种表征手段研究了材料的结构、荧光和长余辉发光特性。XRD结果表明, 共掺杂Nb5+和Sm3+没有引起YTaO4晶体结构的改变。光谱分析表明, 共掺Nb5+不仅可大幅提高YTaO4中Sm3+的长余辉发光强度, 而且可实现长余辉发光颜色的调控。对Sm3+和Nb5+共掺杂调控长余辉发光特性的机理也进行了分析。

利用基于标准PBE0泛函的杂化密度泛函理论计算了Sr2MgSi2O7中本征缺陷、缺陷复合对及镧系离子的缺陷形成能、热力学转变能级以及光跃迁能级, 以研究它们在Sr2MgSi2O7∶Eu2+, Dy3+的热致发光和长余辉发光过程中所起的作用。PBE0计算的形成能结果表明, 缺陷VO、SrMg、MgSr和SrMg-MgSr较容易在还原气氛下制备的Sr2MgSi2O7材料中生成。基于PBE0计算的基质带隙(7.18 eV)和缺陷形成能, 获得了上述较易形成的缺陷与复合对以及镧系离子的热力学转变能级和光跃迁能级。根据理论计算结果与实验所确定的陷阱深度的直接对比, 电中性及带一个负电荷的氧空位与Dy3+离子可以作为该材料中的电子陷阱, 从而有助于其热致发光和长余辉发光。本研究的目的是利用第一性原理研究方法深入理解Sr2MgSi2O7∶Eu2+, Dy3+的热致发光和长余辉发光机理, 从而作为实验研究手段的一种有效补充。

采用高温固相法制备了一系列(Zn1-x,Mgx)2GeO4∶Mn2+(0≤x≤0.25)绿色荧光粉, 并研究了Mg离子对(Zn1-x,Mgx)2GeO4∶Mn2+的结构、荧光以及长余辉发光性能的影响。Mg离子取代Zn进入Zn2GeO4晶格, 形成(Zn1-x,Mgx)2GeO4固溶体, 并产生了晶格畸变。光谱分析结果表明, 样品中位于533 nm的绿色荧光源于Mn2+的4T1(4G)→6A1(6S)跃迁。随着Mg离子浓度的增加, (Zn1-x,Mgx)2GeO4∶Mn2+样品的激发光谱出现了蓝移现象, 说明Mg离子进入到Zn2GeO4晶格中对其晶格结构产生了影响, 导致(Zn1-x,Mgx)2GeO4的带宽发生改变。发射光谱则表明Mg离子进入Zn2GeO4晶格引起Mn2+的4T1(4G)→6A1(6S)跃迁绿色荧光发光强度的增强。Zn2GeO4基质中的氧空位缺陷陷阱深度由于基质带宽的变化而变深, 样品具有良好的长余辉发光效果。通过热释光谱分析研究了材料中缺陷陷阱的特征, 进一步证实了(Zn1-x,Mgx)2GeO4中缺陷陷阱深度发生改变。根据光谱分析结果给出了(Zn1-x,Mgx)2GeO4∶Mn2+中荧光与余辉发光的产生机理。

采用高温固相法制备了新型近红外长余辉材料Zn3Al2Ge2O10∶Cr3+, 利用X射线衍射、荧光光谱和余辉衰减曲线等对合成的样品进行了分析。结果表明: 样品Zn3Al2Ge2O10∶Cr3+是Ge4+取代ZnAl2O4∶Cr3+尖晶石中的部分Al3+而形成的固溶体。在397 nm光的激发下, 发射光谱主要由两个明显的窄峰叠加在Cr3+离子的自旋允许跃迁4T2→4A2辐射的宽发射带上。发光强度随着Cr3+离子掺杂浓度的增大和煅烧温度的升高而出现浓度猝灭及温度猝灭现象。当Zn3Al2－xGe2O10∶xCr3+中的Cr3+离子掺杂量x为2%且煅烧温度为1 350 ℃时, 样品的近红外发光及余辉强度最大。材料的余辉持续时间超过300 h, 余辉发射谱峰位与荧光发射光谱中的N线一致, 均位于697 nm附近。最后分析了煅烧温度对样品余辉性能的影响, 并对材料的余辉机制进行了探讨。

通过水热共沉淀方法制备了亚微米长余辉发光材料Sr2MgSi2O7∶Eu2+,Dy3+, 使用X射线衍射、扫描电镜、光致发光以及热释发光光谱对所合成的材料进行了研究。结果表明: 在1 000 ℃下烧结4 h的样品为四方晶系单相, 结晶度随着烧结温度的升高而进一步改善, 所制备的材料分散性良好, 尺寸在200～300 nm之间。在399 nm激发下, 样品呈现出主峰位于467 nm的蓝光发射, 来自于Eu2+的5d-4f跃迁。在1 100 ℃烧结获得的样品的长余辉发光优于1 000 ℃烧结的样品。样品的热释光谱为一个不对称分布的宽带, 主峰位于330～340 K之间, 热释光谱对应的峰值范围有利于产生长余辉发光。

采用EDTA(乙二胺四乙酸)络合溶胶-凝胶法制备了Y2O2S∶Eu3+,Mg2+,Ti4+粉体。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和荧光分光光度计对不同温度合成的样品性能进行测试与表征。结果表明:当硫化温度低于1 000 ℃时, 样品为Y2O3与Y2O2S的混合相; 当温度在1 050～1 100 ℃时, 样品为纯相的Y2O2S; 当温度升高到1 150 ℃时, 再次出现Y2O3的相。硫化温度在950～1 100 ℃时, 产物的粒径为50～300 nm。用波长为330 nm的紫外光激发样品时, 626 nm处的发射对应于Eu3+ 的5D0-7F2跃迁。硫化温度为1 100 ℃时, 样品的余辉时间最佳, 为95 min(≥1 mcd/m2)。相比于以乙酰丙酮为络合剂的溶胶-凝胶法, EDTA络合溶胶-凝胶法制备的样品的发光性能具有较大提高。

采用高温固相法制备了白色长余辉发光材料Y2O2S∶Tb3+, Eu3+, M2+(M=Mg, Ca, Sr, Ba), Zr4+, 利用X晶体衍射、发光光谱、余辉曲线和热释光曲线等对制备的材料进行表征。结果表明: 掺杂离子没有改变样品晶体结构和发射峰的位置, 但对其发光强度、余辉时间及陷阱深度有较大的影响。在263 nm紫外光的激发下, 469 nm和626 nm的发射分别对应于Eu3+的5D2→7F0、5D0→7F2跃迁, 544 nm的发射对应于Tb3+的5D4→7F5跃迁, 主要通过它们的混合产生白光。掺杂不同二价离子样品的余辉性能按Mg2+、Sr2+、Ca2+、Ba2+的顺序递减, 其中掺杂Mg2+的样品, 色度坐标为(0.29, 0.32), 陷阱深度为1.17 eV, 余辉时间长达320 s (≥1 mcd/m2), 表现出最佳的发光性能。

采用高温固相法合成了CaSnO3∶Tb3+绿色长余辉荧光粉。利用X射线衍射分析了CaSnO3∶Tb3+物相结构。研究了Tb3+浓度对样品发光强度的影响, 结果显示:随Tb3+浓度的增大, 发射光谱强度先增大后减小, 出现了浓度猝灭效应, Tb3+的最佳摩尔分数为0.3%。发射光谱由4个主要发射峰组成, 峰中心分别位于492, 546, 588, 623 nm处, 以Tb3+的5D4→7F5(546 nm)跃迁发射为最强。对样品的温度特性进行了测量, 通过对数据进行拟合得到样品的激活能为0.58 eV, 陷阱深度为0.622 eV。最后, 给出了CaSnO3∶Tb3+绿色长余辉荧光粉可能的余辉发光机理。

在还原气氛下利用高温固相法制备了Ba3.982-x(Si3O8)2∶0.008Eu2+,xCe3+,0.01Dy3+系列样品。光谱分析表明，Ce3+进入到晶格中将取代不同Ba2+格位从而形成不同的发光中心。通过Ce3+→Eu2+的能量传递，得到了一系列发光颜色可调、余辉颜色为绿色的长余辉发光材料。Ce3+的掺入可以增大样品的余辉强度但是同时缩短了样品的余辉时间。热释光谱的分析表明，Ce3+的掺入可以同时增加浅陷阱T1和深陷阱T3的数量，深陷阱对载流子的再捕获效应导致了样品余辉强度的增大和余辉时间的缩短。

采用高温固相法在1 350 ℃下合成了Mn2+掺杂的MgAl2O4发光材料, 利用X射线衍射对所合成样品的结构进行了表征。用209 nm的紫外灯照射样品后, 观察到来自Mn2+的4T1-6A1跃迁的绿色长余辉发光。发光的激发光谱表明：Mn2+-3d组态内存在一系列强的激发峰, 分别在279, 361, 386, 427, 451 nm, 同时还有209 nm处的Mn-O电荷迁移带, 激发该吸收带会产生很强的绿色余辉。测量了余辉的衰减曲线及热释光谱, 分析了Mn2+掺杂浓度对样品余辉性质的影响, 给出了余辉产生的可能模型。