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第1期张栌丹等：基质掺杂离子对(Y,km)zO2S:Sm3+,n+,Mg2+(Rn=La,Gd,L,Ga,A)红色长余辉材料余辉性能的影响，51， tachi F-4500荧光光谱仪测得的余辉时间(Xe灯照 作为基质的离子La3+、Gd3+、Y3+、Lu3+、Ga3+和 射60s,关闭光源，从关闭光源到相对光强减弱至 A3+,其离子半径依序减小.掺杂大半径离子La3+ 100的时间间隔为余辉时间)，并以不掺样品的余辉 (0.115nm)的样品余辉性能几近消失.与Y3+ 时间121s为100%计算其余样品的相对余辉时间， (0.0930nm)半径相近的离子Gd3+(0.0938nm)和 以掺杂离子半径为纵坐标，以样品的相对余辉时间 Lm3+(0.0848nm)的掺杂均具有较好的余辉性能， 和为横坐标，如图3所示. 半径略大的Gd3+掺杂对余辉性能有一定的负作用， 150 而半径较小的L:3+掺杂表现出明显的余辉增强效 140 120 果，余辉时间较Y0S:Sm3+,Ti+,Mg2+提高了 120 90 38.3%.对于半径更小的Ga3+(0.062nm)、A3+ 100 (0.050nm)的掺杂，仍然具有一定的余辉性能，但相 80 等 对于未掺杂样品有较大幅度的降低， 60 o 2.4.2双离子共掺 La Gd>Y Lu Ga Ap J40 选择不同半径的离子组合进行双离子基质共掺 摻杂离子 杂，掺杂总量为20%（摩尔分数），以Y1.6L0.402S: Sm3+,Ti+,Mg2+样品的余辉时间为100%计算相 图3单离子掺杂对产物余辉时间的影响图 对余辉时间如表2所示 Fig.3 Effects of semi diameter on the decay time of the samples 表2双离子共掺对产物余辉时间的影响 Table 2 Effects of twoion-doping on the decay time 基质掺杂离子组成20%Lu10%Lm,10%La10%L,10%Gd10%Lu,10%Ga5%Lu,15%Ga10%Lu,10%A110%Ga,10%A1 余辉时间/s 130 9 122 179 259 114.8 288 相对余辉时间/%100 6.9 93.8 137.7 199.2 88.3 221.5 当掺杂离子之一半径较Y3+大时余辉时间即减 1000 少，当均为小半径共掺时（如LGa、Ga一Al)样品余 -0.15Ga0.5Lu -0.10Ga0.10A1 辉时间大为增加，组成为Y1.6Luo.1Ga0.302SSm3+, 100 T,Mg2+Y16Gao.2Alo.2O2S:SmTi,Mg2+ 的样品余辉时间分别达到259s和288s,这与单离 子基质掺杂的结论是一致的， 2.4.3余辉衰减曲线 采用北京师范大学SP一9OOPM微弱光光度计 0.1 100 1000 10000 余辉衰减时间/s 测试基质掺杂5%Lu一15%Ga与10%Ga-10%Al 的样品（均为摩尔分数）的余辉时间（在365nm紫外 图4Y1.6Lu0.1Ga0.302S与Y1.6Ga0.2Alo.202S的样品的余辉衰减 光激发2min后，移去光源，从移走光源至光衰减到 曲线图 肉眼可见程度0.32mcdm-3之间的时间间隔定义 Fig.4 Decay curves of phosphors of Y1.6 Luo.1 Gao.3 O2S and 为余辉时间)，结果如图4所示. Y1.6Ga0.2Al0.202S Y1.6Lu.1Ga0.302S:Sm3+,Ti4+,Mg2+、 2.5机理探讨 Y1.6Ga0.2Alo.202SSm3+,Ti4+,Mg2+样品余辉时间 此类长余辉的发光机理可参见文献[9-10].推 分别为2.01h和1.61h,与Hitachi F-4500荧光光 (Y.0.2Rn)2O2S Sm3+,Ti+,Mg2+(Rn=La, 谱仪测试结果相反，根据Ictˉ"(n为双对数图中 Gd,Lu,Ga,Al)可能的能级状态如图5所示. 曲线的斜率)对余辉曲线进行拟合[8]可得，二者的n YS20:Sm3+,Ti,Mg2+体材料的禁带宽度为 值分别等于0.08049和0.10057.可见LGa共掺 4.6eV,余辉性质一般认为是由Ti4+,Mg2+所形成 样品余辉衰减得较Ga一Al共掺的样品略慢，故而可 的缺陷能级(A能级)产生的，大半径离子La3+的 以获得较长的余辉时间. 掺入导致晶胞增大不利于缺陷能级的形成，因而产 生了严重的余辉衰减，半径略大的离子Gd3+产生的tachi F—4500荧光光谱仪测得的余辉时间（Xe 灯照 射60s关闭光源从关闭光源到相对光强减弱至 100的时间间隔为余辉时间）并以不掺样品的余辉 时间121s 为100％计算其余样品的相对余辉时间 以掺杂离子半径为纵坐标以样品的相对余辉时间 和为横坐标如图3所示． 图3 单离子掺杂对产物余辉时间的影响图 Fig．3 Effects of semi diameter on the decay time of the samples 作为基质的离子 La 3＋、Gd 3＋、Y 3＋、Lu 3＋、Ga 3＋ 和 Al 3＋其离子半径依序减小．掺杂大半径离子 La 3＋ （0∙115nm） 的样品余辉性能几近消失．与 Y 3＋ （0∙0930nm）半径相近的离子 Gd 3＋（0∙0938nm）和 Lu 3＋（0∙0848nm）的掺杂均具有较好的余辉性能 半径略大的 Gd 3＋掺杂对余辉性能有一定的负作用 而半径较小的 Lu 3＋掺杂表现出明显的余辉增强效 果余辉时间较 Y2O2S∶Sm 3＋Ti 4＋Mg 2＋ 提高了 38∙3％．对于半径更小的 Ga 3＋ （0∙062nm）、Al 3＋ （0∙050nm）的掺杂仍然具有一定的余辉性能但相 对于未掺杂样品有较大幅度的降低． 2∙4∙2 双离子共掺 选择不同半径的离子组合进行双离子基质共掺 杂掺杂总量为20％（摩尔分数）以 Y1．6Lu0．4O2S∶ Sm 3＋Ti 4＋Mg 2＋样品的余辉时间为100％计算相 对余辉时间如表2所示． 表2 双离子共掺对产物余辉时间的影响 Table2 Effects of two-ion-doping on the decay time 基质掺杂离子组成 20％Lu 10％Lu10％La 10％Lu10％Gd 10％Lu10％Ga 5％Lu15％Ga 10％Lu10％Al 10％Ga10％Al 余辉时间／s 130 9 122 179 259 114．8 288 相对余辉时间／％ 100 6．9 93．8 137．7 199．2 88．3 221．5 当掺杂离子之一半径较 Y 3＋大时余辉时间即减 少当均为小半径共掺时（如 Lu—Ga、Ga—Al）样品余 辉时间大为增加组成为 Y1．6Lu0．1Ga0．3O2S∶Sm 3＋ Ti 4＋Mg 2＋、Y1．6Ga0．2Al0．2O2S∶Sm 3＋Ti 4＋Mg 2＋ 的样品余辉时间分别达到259s 和288s．这与单离 子基质掺杂的结论是一致的． 2∙4∙3 余辉衰减曲线 采用北京师范大学 SP—900PM 微弱光光度计 测试基质掺杂5％Lu—15％Ga 与10％Ga—10％Al 的样品（均为摩尔分数）的余辉时间（在365nm 紫外 光激发2min 后移去光源从移走光源至光衰减到 肉眼可见程度0∙32mcd·m —3之间的时间间隔定义 为余辉时间）结果如图4所示． Y1．6 Lu0．1 Ga0．3 O2S ∶ Sm 3＋Ti 4＋Mg 2＋、 Y1．6Ga0．2Al0．2O2S∶Sm 3＋Ti 4＋Mg 2＋样品余辉时间 分别为2∙01h 和1∙61h与 Hitachi F—4500荧光光 谱仪测试结果相反．根据 I∝ t — n （ n 为双对数图中 曲线的斜率）对余辉曲线进行拟合［8］可得二者的 n 值分别等于0∙08049和0∙10057．可见 Lu—Ga 共掺 样品余辉衰减得较 Ga—Al 共掺的样品略慢故而可 以获得较长的余辉时间． 图4 Y1．6Lu0．1Ga0．3O2S 与 Y1．6Ga0．2Al0．2O2S 的样品的余辉衰减 曲线图 Fig．4 Decay curves of phosphors of Y1．6 Lu0．1 Ga0．3 O2S and Y1．6Ga0．2Al0．2O2S 2∙5 机理探讨 此类长余辉的发光机理可参见文献［9—10］．推 断（Y0∙2Rn）2O2S∶Sm 3＋Ti 4＋Mg 2＋ （Rn ＝La GdLuGaAl） 可能的能级状态如图5所示． Y2S2O∶Sm 3＋Ti 4＋Mg 2＋ 体材料的禁带宽度为 4∙6eV余辉性质一般认为是由 Ti 4＋、Mg 2＋所形成 的缺陷能级（A 能级）产生的．大半径离子 La 3＋ 的 掺入导致晶胞增大不利于缺陷能级的形成因而产 生了严重的余辉衰减半径略大的离子 Gd 3＋产生的 第1期 张栌丹等： 基质掺杂离子对（YRn）2O2S：Sm 3＋Ti 4＋Mg 2＋（Rn＝LaGdLuGaAl）红色长余辉材料余辉性能的影响 ·51·