长余辉发光材料是一种能够储能的功能材料,此材料经照射后能够在无光的环境下持续发光,所以也是一种节能环保材料。目前,新一代的长余辉发光材料主要为硅酸盐类和铝酸盐类发光材料,由于硅酸盐类具有耐水性,所以本文选用硅酸盐长余辉发光材料Sr₂MgSi₂O₇:Eu²⁺,Dy³⁺作为研究对象。对于此类长余辉发光材料的研究也就发生在最近十几年,还有许多问题需要探索。在长余辉发光材料中,陷阱能捕获自由的电子和空穴,对余辉性能起到决定性的作用,在基质中缺陷充当陷阱,而研究其微结构能够了解缺陷的变化。所以本文从长余辉发光材料的微结构出发,研究微结构与发光性能的关系,本论文的主要研究内容和所得结果如下:系统地研究了Sr₂MgSi₂O₇:Eu²⁺,Dy³⁺长余辉发光材料的晶粒表面特性对发光性能的影响,采用球磨破碎、辊磨破碎和人工玛瑙研钵研磨破碎方式对其进行破碎,获得了具有不同晶粒形貌的长余辉发光粉,测试结果表明:辊磨破碎保持了晶粒的完整性,陷阱深度最浅,陷阱密度最大,发光性能最好;而球磨破碎破坏了晶粒的完整性,产生了更多的新的表面,陷阱最深,陷阱密度最小,发光性能最差;手工研磨只破碎了部分晶粒的表面,陷阱深度与密度和发光性能介于前两者中间。元素分析表明:还原气氛下获得的晶粒表面具有更多氧空位,如具有合适的密度,对发光性能有很大的提高作用。对采用不同破碎方式所得发光粉进行二次还原,结果表明:当破碎所得新生面被二次还原后,陷阱深度变浅,陷阱密度变大,发光性能得到提高;当原有晶粒表面被再次还原后,产生了氧空位浓度淬灭,降低了发光性能。以上结果证明了氧空位及其密度对发光性能的重要性。当样品再次被氧化后,发光性能降低比较明显。在常温下应用的发光粉宜采用辊磨的方式进行破碎,而在高温还原的条件下的应用适合采用球磨的破碎方式。同时随着Sr₂MgSi₂O₇:Eu²⁺,Dy³⁺发光粉的比表面积的提高,晶界和完整晶粒先后被破碎,发光性能逐渐降低。通过研究Sr₂MgSi₂O₇:Eu²⁺,Dy³⁺长余辉发光材料的机械发光性能,讨论了其在机械发光上应用的可能性。结果表明:随着样品所受压力的增加,机械发光强度也越强。由于其结构的各向同性,在机械发光后结构容易受到破坏,使其在机械发光领域的发展受到很大的限制。通过改变烧结制度来改变晶粒特性,从而研究晶粒特性对缺陷的种类、陷阱深度和密度、发光性能的影响,结果表明:煅烧温度对发光材料的微结构影响比较大,主要是通过改变晶粒的大小和晶粒中的缺陷类型对发光性能产生了较大影响,随着煅烧温度的提高,长余辉发光粉的晶粒结晶度更高,晶粒生长更加明显,晶粒尺寸不断增大,晶粒比表面积减少,从而具有缺陷聚集并且陷阱较浅的表面减少,陷阱的深度变大,当烧结温度为1240℃时,所得的发光粉的激发和发射光谱,以及初始亮度的强度最高;随着保温时间的增长,长余辉发光粉的晶粒结晶度更高,晶粒更加明显,改变保温时间对陷阱的深度影响不大,当保温时间为2h时,有效陷阱密度最大,当保温时间大于2h时,有效的陷阱密度不断下降,大大降低了发射光和余辉亮度的强度;随着降温速率的减小,晶粒的结晶度越来越完整,长余辉发光粉的晶粒结晶度更高,晶粒更加明显,当降温速率为3℃/min时,结晶度处于中间,提供了合适的陷阱,所得的发光粉的发光性能优于其他的样品。采用不同的湿化学方法制备出了球形、棒状、多孔Sr₂MgSi₂O₇:Eu²⁺,Dy³⁺长余辉发光材料,并和采用高温固相法制备的同目数的发光粉进行了比较,虽然发光性能都比高温固相法制备的发光性能稍微差一些,但是具有不用粉碎,分布均匀等优点。在采用湿化学法获得发光粉的发射光谱发生了蓝移,这是由发光中心Eu²⁺所处的晶体场的改变引起的。在Sr₂MgSi₂O₇中单独掺杂Eu离子能够展现出一定的发光性能。在Sr₂MgSi₂O₇:Eu²⁺,Dy³⁺长余辉发光材料中,Eu²⁺离子不仅可以充当发光中心,同时还可以影响由Dy所引入的陷阱的深度和密度。Dy离子只能充当和引发陷阱的作用。结合以上研究对现有的发光模型进行了补充:发光中心Eu²⁺被激发后,自由电子和空穴被(V_O^··V_Sr^??Eu_Sr)_n或者(2DySr^·V_Sr^??Eu_Sr)_n聚集体捕获,当n在合适范围内时,有利于初始亮度的提高;自由电子和空穴被孤立的氧离子空位VO^··、DySr^·和阳离子空位V_Sr^??捕获后有利于提高余辉时间;前者充当浅的陷阱,后者充当深的陷阱。