1 厦门大学 材料学院,福建省表界面工程与高性能材料重点实验室,福建 厦门 361005
2 厦门大学 固体表面物理化学国家重点实验室,福建 厦门 361005
力致发光材料具有将机械刺激转变为光子发射的独特性能,因而被广泛应用于结构健康诊断、信息防伪、生物工程和电子皮肤等力学传感领域。然而,已报道的力致发光材料种类有限,且对于力致发光相关的载流子跃迁过程理解不够深入,极大地限制了其开发和应用。针对上述问题,本工作开发了新型混合阴离子型力致发光材料Ba2Gd(BO3)2Cl∶Ln(Ln = Eu,Tb,Dy,Sm,Nd),并探究了其光致发光性能与相关载流子跃迁过程。该研究通过X射线粉末衍射、扫描电子显微镜、多模式激发下的稳态和瞬态光谱技术研究了样品的结构形貌、光致发光与力致发光性能,提出了该材料可能的发光机制。研究结果表明,在280 nm光激发下,Ba2Gd?(BO3)2Cl∶Eu的发射峰位于536,594,613,625,654,695,710 nm,第一个宽峰和其余窄峰分别对应于Eu2+和Eu3+的发射,即掺杂的Eu呈现混合价态。而在机械作用下,Ba2Gd(BO3)2Cl∶Eu几乎只表现出Eu3+的橙红光发射,这可能是由于机械作用优先激发基质中的价带电子所致。此外,Eu的光致发光和力致发光最佳掺杂浓度均为2%。在0.23~1.55 mJ的冲击能下,力致发光强度与冲击能量呈线性关系。通过改变掺杂镧系元素的种类,实现了力致发光从可见光区域到近红外区域的拓展。这项工作为解释混合价态材料的力致发光机制提供了思路,并在应力传感领域呈现出潜在的应用价值。
力致发光 稀土掺杂发光材料 混合阴离子化合物 能量传递 力致发光机理 mechanoluminescence rare earth doped luminescent materials mixed-anion compound energy transfer mechanoluminescent mechanism
中南大学 材料科学与工程学院,湖南 长沙 410083
能在机械刺激下发光的材料可称为应力发光材料,应力发光属于一种力学-光子转换过程。在17世纪初首次观测到应力发光现象,但直至20世纪末,SrAl2O4∶Eu2+和ZnS∶Mn2+应力发光材料的出现以及其在应力传感领域巨大的应用前景才重新引起了研究者对应力发光材料的广泛关注。近二十多年来,随着人们对应力发光的深入认识以及对应力发光性能提升方法的逐步掌控,应力发光材料得到了快速发展,并在防伪加密、应力传感、疾病监测、照明显示、应力记录等领域展示出巨大的应用潜力。本文围绕应力发光材料的发展与研究现状,对应力发光材料的分类、发光特性、发光机理和应用领域进行了梳理和总结,提出了当下面临的瓶颈问题以及未来可能的研究方向,旨在为新型实用应力发光材料的开发提供有益的启示。
应力发光 应力传感 发光机理 mechanoluminescence stress sensing luminescence mechanism
1 重庆交通大学交通运输学院,重庆 400074
2 重庆交通大学土木工程学院,重庆 400074
3 重庆交通大学材料科学与工程学院,重庆 400074
长余辉材料应用广泛,但种类繁多、发光机理难以被普遍阐释。针对发光-余辉性能好的Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+硅酸盐长余辉材料,构建Sr2MgSi2O7基质、Eu掺杂及(Eu,Dy)共掺杂Sr2MgSi2O7的分子模型,进行第一性原理计算。从电子结构角度解译电子跃迁俘获路径,并阐释Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+的持续发光机理。结果表明:Eu、Dy离子的掺入使Sr2MgSi2O7由间接带隙半导体转变为直接带隙半导体;Dy 5d态主要位于Fermi能级与Eu 5d态之间,并与Eu 5d态存在能量重叠,这证实了Dy3+作为电子陷阱的合理性。Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+发光过程的揭示有助于后续光学性能的调控与提升。
硅酸镁锶长余辉材料 第一性原理计算 发光机理 电子跃迁俘获 magnesium strontium silicate long afterglow materi first-principles calculation luminescence mechanism electron transition capture
双钙钛矿结构化合物具有化学稳定性高、声子能量低、易于稀土离子掺杂和多种可调变的晶体学格位等优点,是一种优良的上转换发光基质材料。本文采用高温固相法在600 ℃下合成了双钙钛矿结构Rb3GaF6∶Er3+,Yb3+上转换发光材料,并采用X射线粉末衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(SEM)和荧光光谱仪对其成分、结构和发光特性进行系统表征。在980 nm激发下,制备的样品在521和548/561 nm处产生的绿光发射分别归因于Er3+的2H11/2-4I15/2、4S3/2-4I15/2能级上的电子跃迁,同时在656 nm处产生的红光发射对应于Er3+的4F9/2-4I15/2能级上的电子跃迁。此外,本文探究了Rb3GaF6∶Er3+,Yb3+的上转换发光机理。
双钙钛矿 上转换 发光特性 稀土掺杂 高温固相法 发光机理 double perovskite Rb3GaF6∶Er3+,Yb3+ Rb3GaF6∶Er3+,Yb3+ up-conversion luminescence characteristic rare earth doping high-temperature solid-phase method luminescence mechanism
1 中国地质大学 (北京)材料科学与工程学院, 北京 100083
2 厦门大学材料学院, 福建厦门 361005
力致发光(ML)材料的发光机制涉及力、电、磁、光之间的能量转换和电子跃迁过程, 是一个横跨多个学科的研究课题。目前, 存在一些无法用已知理论解释的 ML现象, 这预示着其过程机理仍未被完全揭示。ML机制的尚不确切严重阻碍了力致发光材料的研发及其构效关系的建立, 使研究人员为加快研发进程进一步提出开发和性能优化策略的目标遭遇瓶颈, 成为其走向实际应用的“桎梏”。本文聚焦于 ML的过程机制、回顾了已知机理模型和开发及优化策略, 并试图为力致发光材料未来面临的挑战和研究方向提供一些观点, 为力致发光材料的开发研制、性能改善及构效关系及机制的理解提供一些启示。
力致发光 应力发光材料 力致发光机理 开发策略 构效关系 力致发光分类 mechanoluminescent materials stress luminescence mechanism of mechanoluminescence development strategy structure-activity relationship classification of mechanoluminescence
1 内蒙古师范大学 物理与电子信息学院,内蒙古 呼和浩特 010022
2 内蒙古师范大学 内蒙古自治区功能材料物理与化学重点实验室,内蒙古 呼和浩特 010022
3 内蒙古自治区新能源储能材料工程研究中心,内蒙古 呼和浩特 010022
自激活发光受到了研究人员的广泛关注,其中硼氮化物缺陷发光材料因毒性低、合成简单、结构多样性等优点,具有成为新一代LED用荧光粉的潜力,但是低热稳定性限制了其实际应用。本文采用高温固相一步法,通过部分取代LiSr4(BN2)3(LSBN)中的Sr,合成了一种新的LiSr2Ca2(BN2)3(LSCBN)发光材料。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和荧光光谱仪对荧光粉的相组成、形貌和光学性质进行了表征。结果表明,所制备的样品LSBN为立方晶系,空间群Im‐3m。在紫外区域有较宽的激发带,发射光谱峰值位于561 nm,半峰宽度(FWHM)约为4 504 cm-1。LSCBN的发光强度是LSBN的的2倍。解释了LSCBN的发光机理,LSCBN荧光粉中存在替代式缺陷,在光激励下形成发光中心。变温光谱显示,150 ℃时,LSBN的发光强度为初始强度的17%,LSCBN的发光强度为初始强度的57%,超过了已报道的其他硼氮化物荧光粉。这种离子取代的方法能有效调控发光波长和增强荧光强度,改善热稳定性,为硼氮化物缺陷材料发光性能的改善提供了新的思路和应用前景。
硼氮化物 缺陷发光材料 阳离子取代 发光机理 nitridoborate defect-related phosphor cation substitution luminescence mechanism
1 福州大学 化学学院, 福建 福州 350108
2 中国科学院 福建物质结构研究所, 中国科学院功能纳米结构设计与组装重点实验室, 福建 福州 350002
Pr3+掺杂长余辉发光材料因其稳定高效的红色持久性发光而备受关注。近年来, Pr3+掺杂红色长余辉发光材料的基础研究和应用探索均取得了长足的进步。本文总结了Pr3+离子发光特性与电荷迁移带位置的关系, 概述了最近报道的发光材料体系, 讨论了余辉性能的优化途径, 介绍了相关材料在信息加密、交流发光二极管(AC-LED)、生物成像、应力传感等新领域的应用。最后, 指出了目前Pr3+掺杂红色长余辉发光材料研究中仍存在的问题, 并对其未来的研究方向进行了展望。
Pr3+离子 长余辉材料 发光机理 掺杂 Pr3 + ions afterglow materials luminescence mechanism adulteration
北京工业大学化学与生物系 绿色催化与分离北京市重点实验室, 环境安全与生物效应中心, 北京 100124
碳点合成原料来源广泛,发光性能可调,生物相容性良好,在生物成像、离子检测、发光材料等领域具有巨大的应用潜力。本文综述了碳点的制备方法、发光原理以及应用,重点介绍了碳点的制备方法,总结了近年来碳点在催化、生物成像等领域的最新进展;指出未来研究中需要进一步对碳点的合成进行优化,深入探究碳点的发光机理;制备发光波长可调、尺寸可调的碳点,对其在发光器件、生物成像、传感等领域的应用具有重要意义。
碳点 发光机理 生物成像 离子检测 催化 carbon dots PL mechanism bioimaging ion detection catalysis
1 内蒙古师范大学 物理与电子学院, 内蒙古 呼和浩特 010022
2 内蒙古自治区功能材料物理与化学重点实验室, 内蒙古 呼和浩特 010022
采用高温固相一步法合成了新型荧光粉Sr3(BN2)2(以下简写为SBN)。采用 X 射线衍射、扫描电子显微镜、荧光分光光度计对荧光粉的相组成、形貌和发光性能进行表征。讨论了SBN荧光粉的缺陷发光机理和长余辉特性。结果表明, 所制备的样品SBN晶体为立方晶系Im-3m。在紫外区域有较宽的激发带, 发射光谱峰值位于525 nm, 半峰宽为3 334 cm-1。SBN荧光粉材料存在本征缺陷, 在基质中形成了Sr的空位, 在光激励下形成发光中心。进一步的余辉衰减曲线与热释光曲线也证实, 该材料存在固有缺陷, 其余辉时间约10 s。变温光谱显示, 当温度达到150 ℃时, 荧光强度是室温初始强度的43%, 优于稀土掺杂硼氮化物衰减到10%的结果。SBN荧光粉具有合成工艺简单、结构稳定、紫外波段激发获得长余辉绿光发射等优异性能, 在LED发光器和指示方面具有潜在的应用前景。
缺陷发光材料 长余辉 发光机理 Sr3(BN2)2 Sr3(BN2)2 defective luminescent material long afterglow luminescence mechanism