基于多功能熱釋光譜分析的新型稀土發(fā)光材料研究

基于熱釋光實驗分析在發(fā)光動力學和發(fā)光過程機理研究中的獨特優(yōu)勢，本項目旨在將熱釋光分析更全面、更深入地應用于稀土發(fā)光材料的發(fā)光機理研究中，以期指導高性能新材料的進一步開發(fā)。在項目執(zhí)行初期，我們對實驗室原有的熱釋光裝置進行了全面的升級改造，實現(xiàn)了全溫區(qū)連續(xù)線性升溫，和 CCD輔助光譜分辨的熱釋光采集。在發(fā)光材料性能和機理的研究中，我們重點關注了適宜進行熱釋光測試的長余輝材料和熒光測溫材料。在長余輝材料研究方面，較為突出的成果是利用熱釋光初始升溫法研究了藍色長余輝材料SrAl2O4: Eu2 /Dy3 的陷阱深度與密度分布，給出了其長余輝機理的新模型；利用包括熱釋光陷阱分析在內的一系列實驗研究了自激活的MgGa2O4新型長余輝材料；通過系統(tǒng)性的稀土離子共摻，尋找到一種新型黃色長余輝材料Ca2Al2SiO7:Eu2 ，Tm3 。此外，我們對各類長余輝材料還進行了一些擴展性的研究探索。這方面最突出的結果是將長余輝材料的溫度特性應用于光學測溫技術，這是一種全新的發(fā)光測溫方案，可以避免直接激發(fā)對樣品溫度的影響。在發(fā)光材料溫度特性的研究方面，我們研制了幾種不同途徑的新型發(fā)光測溫材料，包括混合物測溫，如Sr2Mg3P4O15:Eu2 和SrB4O7:Sm2 混合物，Li2TiO3: Mn4 和 Y2O3: Dy3 混合物；基于Sm3 的β-NaYF4：Sm3 納米顆粒；基于Mn4 發(fā)光溫度猝滅的Ba2LaNbO6: Mn4 /Eu3 ，Lu3Al5O12:Mn4 /Tb3 以及BaLaMgNbO6 : Mn4 /Dy3 等等。以上這些成果對于長余輝材料和發(fā)光測溫材料的開發(fā)應用都具有重要指導意義。

某些發(fā)光材料在激發(fā)過程中將一部分激發(fā)能存儲在陷阱能級中，熱釋光實驗通過測量材料在升溫過程中的發(fā)光來了解與陷阱有關的信息，如陷阱深度和濃度。相對于熱釋光實驗技術在輻射劑量探測領域的廣泛應用，熱釋光這一源于材料發(fā)光過程的實驗現(xiàn)象，在發(fā)光材料研究領域的應用卻不夠充分?，F(xiàn)今熱釋光實驗技術的迅速發(fā)展和發(fā)光材料研究的不斷深入，使得非常有必要將熱釋光實驗在發(fā)光材料研究中的潛力更多地開發(fā)出來。本項目旨在基于我們實驗室原有熱釋光設備的基礎上，自主創(chuàng)新搭建一套具備更寬的測溫范圍（100-700K）、可選擇激發(fā)源、激發(fā)和發(fā)射均可光譜分辨、自動化控制程度高的多功能熱釋光譜實驗平臺，完善有關熱釋光實驗結果詮釋的理論，并將其應用于稀土發(fā)光材料（特別是長余輝材料和閃爍體材料）的發(fā)光動力學研究，對陷阱類型與作用、結構缺陷、稀土離子能級在基質材料中的相對位置等問題進行深入研究，以期指導進一步的新材料開發(fā)。

發(fā)光材料在現(xiàn)代生產、生活中起著極其重要的作用。稀土發(fā)光材料已成為發(fā)光材料的主流，并在眾多領域處于主導地位，顯示出稀土發(fā)光材料無可比擬的優(yōu)勢。本書是針對當前稀土發(fā)光材料的發(fā)展趨勢，結合作者數(shù)十年來在此領域研究的積累，歸納總結而成的。本書在闡述稀土與發(fā)光材料知識的基礎上，較系統(tǒng)而全面地介紹用于氣體放電燈、長余輝、白光LED、真空紫外、陰極射線、X射線、閃爍體、電致發(fā)光、多光子、低維等各種稀土發(fā)光材料的基礎與應用，以及稀土發(fā)光材料的制備。全書共分十四章，并設附錄。

當前使用的電致發(fā)光材料主要是金屬銥的絡合物。受制于稀土貴金屬的資源限制，成本很高，在照明和顯示行業(yè)不能全面推廣。開發(fā)純有機發(fā)光材料，是當前研究領域的一個重要方向和熱點。本項目擬基于熒光素類衍生物，開發(fā)一類全新純有機發(fā)光材料。前期工作中發(fā)現(xiàn)這類熒光素衍生物有很強的延遲熒光現(xiàn)象，項目擬設計合成三種不同偶聯(lián)方式的新型熒光素衍生物分子結構，通過對激發(fā)態(tài)光學性能的研究，探究此類染料的延遲熒光發(fā)光機制的構效關系。同時，試圖改善延遲熒光電致發(fā)光材料的發(fā)光壽命問題，并拓展此類延遲熒光染料在生物醫(yī)學熒光影像中的應用。