新型锂硅酸盐余辉发光材料的合成与余辉机理(3)

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1.1课题背景

发光是物质将某种方式吸收的能量转化为光辐射的过程，是热辐射之外的另一种辐射。发光材料可以分为以下几类[1]：（1）光致发光材料；（2）阴极射线发光材料；（3）电致发光材料；（4）化学发光材料；（5）X射线发光材料；（6）放射性发光材料。

系统科学的研究无机磷光体始于19世纪，在1852年Stokes与Becquerel，Verneuil，Lenard规定了第一个荧光（fluorescence）的定义，并发表了著名的Stokes定律。在1866年Sidot发现了ZnS的发光现象。在1867年Becquerel在研究的基础上推断出两种余辉机理，即双曲线衰减和指数衰减。长余辉发光材料的正式生产和应用是从20世纪初开始的。第二次世界大战的军事和防空的需要，又促进了这类材料的研究和应用的发展，但这些都是硫化物系列的材料。20世纪70年代以后，开始出现了一些铝酸盐体系长余辉性能的报道，直到90年代以后，才陆续正式推出了蓄光性能优于硫化物的铝酸盐体系发光材料。这种材料以其优越的光谱性能和量子效率高、使用寿命长、化学稳定性好、亮度高、余辉长及无放射性等特点，其优异的蓄光性能已经得到了人们的认可，被誉为第二代长余辉发光材料[2-4]。

但是，铝酸盐体系的发光材料存在发光色单一，基本以蓝，绿为主，并且红色长余辉材料的研究还是缓慢的。因此需找新型多色长余辉发光材料就显得很有必要了。目前性能优异的发光材料需求量很大。在这种情况下，长余辉发光材料必然会迎来一个崭新的局面。

本课题旨在研究长余辉新型硅酸盐体系光致发光材料的制备方法、结构及性能。特别是对用固相法制备稀土元素掺杂的Li2 Ca0.4Sr0.6SiO4荧光粉的结构进行了表征，分析了稀土元素对它们光谱性能及余辉性能的影响。

1.2硅酸盐材料的简介

1.2.1传统硅酸盐体系长余辉发光材料

以硅酸盐为基质的发光材料由于具有良好的化学稳定性和热稳定性，而且高纯二氧化硅原料价廉、易得，长期以来人们都重视对硅酸盐掺杂荧光粉的研究和开发。硅酸盐体系荧光材料已经发展成为一类应用范围广的重要的光致发光材料和阴极射线发光材料。

1.2.2硅酸盐体系长余辉发光材料的发展历史

Zn2SiO4:Mn2＋早在1938年就用于荧光灯，作为光色校正荧光粉，至今仍是彩色荧光灯用荧光粉。如阴极射线显示管上，它也是常用的主要荧光粉。近年来，随着等离子平板显示器（PDP）的快速发展，Zn2SiO4:Mn2+成为PDP三基色荧光粉的主要绿色组分。McKeag和Ranby最早在1940年就将Eu2+作为激活剂应用于碱土硅酸盐系统[5]。1953年Dieke和许多合作者开始研究稀土元素化合物的吸收光谱和发射光谱[6]。1967年以来发表了许多Eu2＋作激活剂的文献。硅酸盐体系各种化合物数量很多，二价铕离子激活的焦硅酸盐、含镁正硅酸盐等发光材料，早在20世纪60－70年代就已进行了研究开发和应用[7]。Barry和Blasse研究了多种硅酸盐化合物的荧光性质[8]。但这些材料的发光均是短余辉。1975年，日本千叶工业大学和日本齿科大学[9]曾发表过发光余辉达30分钟的硅酸盐的发光材料。1992年，我国肖志国等人开展了硅酸盐体系长余辉发光材料的研究，成功研制出余辉亮度较高、余辉时间较长的硅酸盐体系长余辉发光材料，将长余辉发光材料的研究继续向前推进[1]。

1.2.3硅酸盐体系长余辉发光材料的物理特性

目前，硅酸盐体系长余辉型发光材料的研究集中在多种稀土离子激活的MO-SiO2 (M=Ca, Sr, Ba)体系和MO-MgO-Al2O3 (M=Ca, Sr, Ba)体系，激活剂为Eu2O3，Dy2O3，Nd2O3等稀土氧化物，助熔剂为B2O3。H3BO3的加入可以大大降低烧结温度。对于MO-SiO2 (M=Ca, Sr, Ba)体系和MO-MgO-Al2O3 (M=Ca, Sr, Ba)体系可以形成多种化合物，原料配比和烧结温度的不同都可能形成不同的化合物。