摘要
长余辉（Persistent luminescence）材料是一种储光型发光材料，在紫外光（UV）或可见光等光源的辐射下，可以产生可见光甚至红外光。当照射停止时，发光现象能持续几秒钟、几分钟甚至几十小时。该材料因其独特的储能性能而被广泛应用于建筑装饰、火灾应急响应、活体荧光成像、防伪等各个领域。其中，余辉多色化的实现有利于扩大长余辉材料的应用范围。目前，蓝绿色长余辉材料的相关报道层出不穷，在某些领域已经达到商用的水平，而红色长余辉材料相对缺乏，这不利于余辉的多色化。因此，开发一种性能良好的红色长余辉材料或者基于红色长余辉材料拓展出多色长余辉材料具有重要的研究价值和潜在的应用前景。 在这项工作中，通过高温固相法获得了红色长余辉材料 CaYGaO4: Pr3+和多色长余辉材料Ca2Sb2O7: Pr3+、NaCa2GeO4F: Pr3+, Tb3+。采用XRD、发光光谱、余辉光谱、热释光谱等一系列手段系统地研究了样品的晶体结构、发光性能和余辉性能。以下是该研究的详细内容： （1）利用高温固相反应成功研制了具有红光发射的长余辉材料CaYGaO4: Pr3+。在254 nm光源激发8 min后，样品展现出明亮的红色长余辉发光。其余辉光谱在450-700 nm范围内表现出一系列的尖峰发射，峰值位于626 nm，可归属于Pr3+离子4f-4f之间的跃迁。随着Pr3+离子掺杂浓度的升高，样品的余辉强度表现出先增强后减弱的趋势，Pr3+最佳掺杂浓度为0.005，最佳余辉时间可超过100 min。这一红色长余辉材料的制备对通过混合三基色长余辉材料实现余辉多色有重要意义。 （2）设计并合成了余辉颜色动态变化的长余辉材料Ca2Sb2O7: Pr3+，其余辉光谱在400-750 nm范围内表现出一个宽包发射和一系列尖峰发射，分别对应于基质的电荷转移和Pr3+的特征发射。样品Ca2Sb2O7: 0.02Pr3+充能和放能不同时间的热释光谱揭示了浅陷阱具有优先捕获和释放电子的能力。在254 nm光源下，Ca2Sb2O7: Pr3+发光颜色伴随Pr3+浓度的升高而发生黄白色到红色的变化；光源照射8 min后移除光源，余辉颜色实现从橙色到红色的变化。这种具有双重颜色变化的长余辉材料在防伪领域有着重要的研究价值。 （3）设计出具有红光发射的长余辉材料 NaCa2GeO4F: Pr3+以及具有多色性质的长余辉材料NaCaGeO4F: Pr3+, Tb3+。单掺Pr3+的样品在254 nm光源激发8 min后，余辉呈粉红色，衰减时间超过1 h，其余辉光谱在450-750 nm范围内表现出Pr3+离子的尖峰发射。在相同光源下激发12 min后，共掺Tb3+的样品随Tb3+浓度的增加表现出明亮的由红色到白色再到绿色变化的余辉发光。这种余辉多色是在红色长余辉材料的基础上共掺杂Tb3+离子实现的，具有颜色跨度大的优点。另外，共掺样品的余辉光谱在350-750 nm表现出一系列尖峰发射，这归因于Pr3+和Tb3+的4f-4f跃迁，其余辉初始亮度和衰减时间得到极大地提升，衰减时间超过2.5 h。
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