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科技日報記者 頡滿斌
記者4月17日從蘭州大學獲悉，該校材料與能源學院教授王育華研究組在長余輝材料領域取得重要研究進展，在《先進功能材料》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，在長余輝發(fā)光材料中首次驗證了三價稀土共摻離子承擔電子陷阱的作用。
王育華介紹，長余輝材料研究中，有許多余輝機理模型，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)余輝材料的機理而被業(yè)內(nèi)廣泛認可。
“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驗證據(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，而對三價共摻離子?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議，這使得長余輝材料的進一步發(fā)展和應用受到很大限制。
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各種余輝機制：(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，它將部分轉化為 Ln2+，因此在光譜中會觀察到 Ln2+的特征發(fā)射。基于以上思路，王育華教授團隊以BaZrSi3O9:Eu2+, Sm3+藍色長余輝材料作為切入點，研究了Eu2+和Sm3+在余輝過程中各自的作用，缺陷和陷阱的對應關系。通過監(jiān)測激發(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+在余輝過程中充當電子陷阱。以此為基礎，陸續(xù)觀測到了其他Ln3+離子與Sm3+的相同現(xiàn)象，證實了Eu2+，Ln3+激活的長余輝材料中，共摻離子Ln3+做為電子陷阱的推論。
“該研究提出的更為科學詳細的余輝機理模型，對于指導新型長余輝材料的開發(fā)和研究具有重要意義。”王育華說。
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