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科技日?qǐng)?bào)記者 頡滿斌
記者4月17日從蘭州大學(xué)獲悉，該校材料與能源學(xué)院教授王育華研究組在長(zhǎng)余輝材料領(lǐng)域取得重要研究進(jìn)展，在《先進(jìn)功能材料》上發(fā)表題為《首次證明Ln2+作電子陷阱提升Eu2+, Ln3+激活的余輝材料的性能--以BaZrSi3O9:Eu2+,?Sm3+為例》的研究論文，在長(zhǎng)余輝發(fā)光材料中首次驗(yàn)證了三價(jià)稀土共摻離子承擔(dān)電子陷阱的作用。
王育華介紹，長(zhǎng)余輝材料研究中，有許多余輝機(jī)理模型，如Matsuzawa模型、Aitasalo模型、Dorenbos-Nakazawa模型，以及Clabau模型。其中，Dorenbos-Nakazawa模型，因其能較好地解釋大多數(shù)余輝材料的機(jī)理而被業(yè)內(nèi)廣泛認(rèn)可。
“然而，該模型在推斷其電子陷阱、載流子/陷阱的歸屬方面依然缺乏足夠的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。”王育華說，一般來說，稀土摻雜的余輝材料主要是由 Eu2+與三價(jià)稀土離子?Ln3+（Dy3+、?Pr3+、?Nd3+、?Ho3+、?Sm3+等）共摻得到，其中Eu2+通常被用作發(fā)光中心，而對(duì)三價(jià)共摻離子?Ln3+的定義則一直不夠明確。以往的許多研究中將Ln3+定義為俘獲中心，但Ln3+是作為電子陷阱還是空穴陷阱仍有爭(zhēng)議，這使得長(zhǎng)余輝材料的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用受到很大限制。
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各種余輝機(jī)制：(a) Dorenbos模型, (b) Clabau模型, （c) Matsuzawa模型和(d) Aitasalo模型（受訪者供圖）
如果Ln3+在余輝產(chǎn)生過程中捕獲電子，它將部分轉(zhuǎn)化為 Ln2+，因此在光譜中會(huì)觀察到 Ln2+的特征發(fā)射。基于以上思路，王育華教授團(tuán)隊(duì)以BaZrSi3O9:Eu2+, Sm3+藍(lán)色長(zhǎng)余輝材料作為切入點(diǎn)，研究了Eu2+和Sm3+在余輝過程中各自的作用，缺陷和陷阱的對(duì)應(yīng)關(guān)系。通過監(jiān)測(cè)激發(fā)前后BaZrSi3O9:Eu2+, Sm3+中Sm2+離子的特征發(fā)射光譜以及XANES吸收譜線的變化，說明了Sm3+在余輝過程中充當(dāng)電子陷阱。以此為基礎(chǔ)，陸續(xù)觀測(cè)到了其他Ln3+離子與Sm3+的相同現(xiàn)象，證實(shí)了Eu2+，Ln3+激活的長(zhǎng)余輝材料中，共摻離子Ln3+做為電子陷阱的推論。
“該研究提出的更為科學(xué)詳細(xì)的余輝機(jī)理模型，對(duì)于指導(dǎo)新型長(zhǎng)余輝材料的開發(fā)和研究具有重要意義。”王育華說。
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