LiGa5O8基质及LiGa5O8:Tb3+材料的制备与力致发光性能研究

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力致发光(Mechanoluminescence,ML)是指材料在受到机械刺激(如拉伸、摩擦、撞击、刮划、挤压、超声等)时产生的发光现象。这种独特的发光现象使力致发光在防伪、绿色照明、生物成像、信息存储与加密、结构健康监测和智能电子皮肤等领域具有广阔的应用前景,受到了研究人员的广泛关注。然而,目前对力致发光的研究仍然存在一些问题,如高性能的力致发光材料仍然稀缺、发光强度较弱、发光颜色单一、发光的重复性和稳定性不高、发光机理尚不明确等,因此,需要进一步拓展高性能的新型力致发光材料,弥补当前力致发光材料的不足,推动力致发光材料在实际的生产和生活中的应用。基于此,本论文以LiGa5O8为基础,对其基质及掺杂稀土离子后的力致发光性能、发光机理以及潜在的应用价值等展开了详细的研究,本论文主要包括以下内容:1.对力致发光、力致发光机理、力致发光在不同领域的应用以及LiGa5O8基的发光材料进行了概述。2.通过高温固相法在不同气氛中制备了未掺杂的LiGa5O8力致发光材料。基于其特殊的晶体结构特性,通过改变合成气氛来调节内部陷阱深度和缺陷密度,从而实现其发光性能的调控,通过X射线光电子能谱及发光光谱特性推测出其发光中心,并对其光致发光、热释光、长余辉以及力致发光进行了表征,对LiGa5O8的发光机理进行了详细的探讨。通过对LiGa5O8缺陷、陷阱及发光性能的分析得出,在LiGa5O8结构内部具有有效的力致发光通道,在相同条件下,其力致发光亮度强于商用荧光粉Zn S:Cu,LiGa5O8的力致发光同时具备可持续和自恢复特性。基于其高效的发光性能,LiGa5O8在信息存储、高级防伪、可视化力学传感、照明以及生物成像等方面均显示出潜在的应用前景。3.通过高温固相法成功制备了Li1-xGa5O8:x Tb3+(x=0.05%,0.1%,0.4%,0.7%,1%)的力致发光材料,测试了其光致发光、热释光、长余辉以及力致发光性能,得出最佳的掺杂浓度,并进行分析和研究。由于Tb3+具有丰富的发射能级以及交叉驰豫,其光致发光表现出颜色演变,并对其颜色演变机理进行了研究。此外,将其与聚二甲基硅氧烷复合,制备了弹性力致发光复合材料,研究了其力致发光性能及机理。结果表明,LiGa5O8:Tb3+具有高效的力致发光性能,其力致发光强度表现出直接的应力和应变响应关系,在可视化力学传感方面具有潜在的应用价值。
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