掺Eu2+蓝光长余辉材料发光性能影响因素

从20世纪80年代发展至今,蓝光长余辉材料依次经过硫化物、铝酸盐、硅酸盐、发光二极管转换荧光粉等基质材料掺杂稀土元素合成的四代长余辉材料,越来越优异的夜光性能使蓝光长余辉材料逐步满足使用要求并广泛应用于显示、检测及能源转换等各个领域.目前,蓝光长余辉材料急需解决的问题是提高第四代材料的使用寿命和发光强度,结合本身的高发光效率和高稳定性优势,以期满足更多实际需求.寿命和发光强度是长期以来长余辉材料的研究热点,影响这两项发光性能的宏观因素包含碱土元素的种类与含量、稀土掺杂元素的种类与含量、助溶剂的种类与含量、制备方法与条件及其他影响因素等.碱土元素种类与含量会明显改变长余辉材料的发射波长及寿命,稀土掺杂元素在不同的基质材料中掺入的元素种类和含量是不同的,助溶剂中最常用且效果相对较好的是硼酸.长余辉材料最常用的制备方法是高温固相法,虽然产物晶粒较大,但其工艺简单、产物稳定、发光性能较好;湿化学法产物晶粒虽小但产物量少、易团聚且合成过程复杂,合成时间相对较长;燃烧法、微波合成法、激光合成法虽合成时间短,但合成参数不易掌握.未来,长余辉材料可能会以Eu2+和其他稀土元素共掺的方式,并结合多种制备方法,合成寿命更长、强度更高的材料.除了发光性能外,蓝光长余辉材料的发光机制也是学术界关注的重要问题.长余辉材料的早期微观机制模型包含以空穴为主要电荷载体的Eu2+单掺Abbruscato模型与Eu2+、Dy3+共掺Matsuzawa模型,以及以电子为主要电荷载体的Dorenbos模型与Clabau模型.Aitasalo模型综合了Dorenbos和Clabau等在陷阱来源方面的观点,H?ls?团队采用同步辐射测量技术得到了与Aitasalo模型相符的实验结果.但蓝光长余辉材料主要电荷载体的问题一直存在争议,且以上模型都未描述除主要的电荷载体外剩余空穴或电子的去向,直到2017年,Li等提出三掺杂铝酸锶材料发光机理模型,不仅同时考虑了电子与空穴这两种电荷载体,而且描述了本征载流子和掺杂离子这两种缺陷陷阱,但他们并未说明氧空穴和掺杂离子提供陷阱的比例,同时还缺乏电子或空穴被捕获的位置及相应是被哪种陷阱捕获等细节的实验证据,这些问题都需要电子顺磁共振和同步辐射等测量技术进一步提供数据支撑.此外,明确发光机制也有助于指导实验,提高蓝光长余辉材料的发光性能.本文归纳了具有代表性的掺Eu2+蓝光长余辉材料,分析了影响其发光性能的宏观因素以及被普遍认可的发光机制,以期为蓝光长余辉材料的后续研究和应用提供参考.