新型长余辉发光材料的研究(2)
4 结论 27
致 谢 28
参考文献 291 绪论
长余辉发光材料又称“夜光粉”，是白天能够吸收日光或紫外光，并将光能储存起来，当光线停止照射时能将储存的光能以可见光的形式释放出来的一种新型材料。在大力提倡环保、节能的今天，长余辉发光材料在众多领域发挥着越来越重要的作用。广泛应用于弱光照明、应急指示、建筑装饰和工艺美术等领域。近年又逐渐拓展到信息存储、高能射线探测等应用领域。由于长余辉材料的广阔应用前景，近年来引起了人们研究的极大兴趣。
1.1 长余辉发光材料研究的意义和进展
自从20世纪初长余辉现象被发现以来，在材料组成和制备工艺的研究以及应用方面都得到了迅速发展，目标向着更高的产品质量和更低产品成本方向发展着。目前相关研究也引起人们的重视，这也是长余辉材料的重点发展方向。长余辉材料在现代生活中的商业用途越来越广泛，也越来越重要。现有可见光区的稀土长余辉材料主要分为蓝色、黄绿色和红色发光材料，其中以铝酸盐和硅酸盐为主要的蓝色和黄绿色材料研究相对完善，其发光亮度和余辉时间等发光性能已达实际应用的需要，并已实现工业化生产。红色作为可见光中的重要颜色，在长余辉发光材料领域的研究中相对滞后，无论是亮度、余辉时间都与黄绿色发光材料相差较大。因而研发高亮度、性能稳定的红色长发光材料具有广阔的应用前景。因此，寻找和怎样合成具有优良发光性能的红色长余辉发光材料的研究成为当前的热点和难点。研究课题是基于这一点出发的[1，2]
1.2 镓酸锌体系的简介
ZnGa2O4是最近研究得比较多的一种自激活型发光材料，在TFED，FED，VFD等诸多领域具有广阔的应用前景，比传统的硫化物发光材料在超高电场、电子轰击等极端条件下具有更好的化学稳定性，因而应用更为广泛。ZnGa204的粉末形态一般通过高温固相反应由充分混合均匀的高纯度ZnO和Ga203粉末烧结而成，薄膜形态则主要通过脉冲激光沉积(PLD)和射频磁控溅射(RFMS)的方法制备。ZnGa2O4成品具有正尖晶石型结构，属立方晶系，面心立方点阵，其晶胞中32个O原子作立方密排，具有64个四面体间隙和32个八面体间隙，其中8个Zn2+占据四面体间隙的1/8，16个Ga3+占据八面体间隙的1/2。可见其晶胞中的64个四面体间隙和32个八面体间隙中，被正离子占据的间隙只有24个，所以空隙很多，方便掺杂离子的进入形成发光中心。其带隙是4.4～5.2eV，当用245～254nm的紫外光激发时，呈现430nm左右的宽谱带蓝光发射，烧结温度、原料配比、还原气氛等制备条件对发射光谱的峰位和强度都有所影响。而在ZnGa204基质中掺杂Mn2+，Cr3+，Eu3+，Li+等离子的发光都有报道，其结果是形成新的发光中心，出现新的发光峰位，或使原来的发光强度产生变化。从发光性能上来讲，掺杂Mn2+是发绿色光的主要代表，广泛应用于阴极射线管、真空荧光显示器、场发射显示器等方面；由于具有极好的发光性能，将有可能取代硫化物系列的发光材料（稳定性差、发光不理想）。因此，对ZnGa2O4 基发光材料的研究是国际宽禁带半导体材料领域的一个研究热点[3,4]。
1.3 ZnGa2O4:Cr3+ 发光材料的制备方法
随着发光材料基质类型的不断发展，其制备方法也逐渐趋于多样化，针对ZnGa2O4:Cr3+ 粉体制备，目前广泛应用的主要有高温固相法和溶胶—凝胶法。
1.3.1 高温固相法
高温固相法是一种发展最早的合成技术，其制备工艺较为成熟，它是将高纯的原料按一定的比例称量，加入一定量的助熔剂充分混合磨匀，然后在一定的条件下(温度、气氛)进行灼烧得到产品，一般要求在高温下进行，又称高温烧结法。日本 Toshihito Ohtake 等人利用此法合成了ZnGa2O4:Cr3+ 粉体材料。原料为ZnO、Ga2O3、Cr2O3，按一定配比称量，加入一定量助熔剂混合，球磨，然后在一定条件下培烧得到产品。高温固相法是制备ZnGa2O4:Cr3+ 粉体材料最为广泛的一种方法。但此方法存在着培烧温度高，反应时间长，需要球磨粉碎等不足，一定程度上破坏了荧光粉的结晶状态，从而影响其发光性能；同时高温下Zn易挥发，所以很难得到混合高度均一的产品。