In3+,Si4+共掺杂ZnBi0.02Ga1.98O4:Cr3+的发光与长余辉性能研究

作者：焦点; 肖思国

来源：光谱学与光谱分析, 2020, 40(12): 3716-3721.

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• 荧光
• 长余辉

长余辉材料在生物医学、信息存储等领域有着广阔的应用前景。人们已在不同体系的材料中成功制备蓝、绿、黄光长余辉材料,且一些材料的高效长余辉性能已能满足实际应用的要求。然而,红色长余辉材料在发光亮度和余辉时间方面都还不够理想。采用高温固相法,通过In3+, Si4+共掺杂的方式,制备了深红色发光的Zn(Bi)Ga2O4:Cr3+材料,并系统地研究了所制备材料的发光光谱、长余辉及热释光性能。XRD分析发现, In3+, Si4+参与固相反应并占据了Zn(Bi)Ga2O4适当的晶格位置, In3+, Si4+的掺入也不会改变基质的基本相结构。通过监测λ=695 nm的光发射测量了Zn(Bi)Ga2O4:1%Cr3+; Zn(Bi)Ga2O4:1%Cr3+, 9%In3+和Zn(Bi)Ga2O4:1%Cr3+, 9%In3+, 7%Si4+的激发光谱, In3+, Si4+的引入改变了Cr3+的局域环境,从而使得O2-的2p轨道到Ga3+的4s4p轨道的电荷迁移带产生红移,并使得Cr3+的4A2-4T1和4A2-4T2跃迁强度明显增强。研究440 nm氙灯光激发下发射光谱发现, In3+的引入改变了部分八面体中Cr3+的配位环境,造成不同格位的发射峰位置不同,从而使发光光谱表现出非均匀加宽。In3+掺杂对Cr3+的配位环境的改变也同时提高了样品的发射光强度。而In3+, Si4+共掺杂则使得样品的发射光谱的非均匀加宽效应进一步加强,同时进一步增强了其发光强度。实验表明, 9%In3+, 7%Si4+共掺杂的Zn(Bi)Ga2O4:Cr3+样品表现出最好的光致发光特性。余辉衰减曲线测试发现, In3+的引入可以大大提高样品的余辉亮度,并延长余辉时间。而Si4+的引入则进一步的改善了样品的余辉亮度,延长了余辉时间。热释光测试表明, In3+的引入能提高样品中陷阱能级的深度,而合适浓度的In3+, Si4+共掺杂不仅提高了陷阱的深度,也增加了样品中陷阱的浓度。研究发现, 9%In3+, 3%Si4+共掺杂的Zn(Bi)Ga2O4:Cr3+样品具有最好的长余辉性能。相关研究为进一步优化镓酸盐长余辉性材料提供了有意义的参考。