http://www.paper.edu.cn杂质Mn在CaSO4：RE（Eu，Dy，Tm）磷光体中的发光1唐强，张纯祥，罗达玲，熊正烨(中山大学物理系广州510275)摘要：选择稀土Eu、Dy、Tm和过渡金属元素Mn，在CaSO4中双掺杂，制成了CaSO4:RE,Mn多晶粉末，测量了它们的热释光和光释光，研究Mn在CaSO4:RE发光中的作用。发现Mn既是发光中心，又对陷阱能级的分布产生影响；Mn2+对稀土离子在较低温度的发光峰有明显的增强作用，并且使稀土离子的发光峰温度和Mn2+的发光峰趋于一致；Mn2+对CaSO4中不同价态的稀土离子的增强作用不同，对Eu2+的发光有很强的增强作用，但对Dy3+、Tm3+只有较弱的增强。关键词：热释光，光释光Mn，硫酸钙，稀土掺稀土离子的碱土金属硫酸盐及其复盐，是一类重要的发光材料，人们将其应用于辐射剂量学已有30多年，其中CaSO4:Dy和CaSO4:Tm热释光磷光体，具有较高的灵敏度，作为热释光材料已在剂量学领域里有广泛的应用[1]。在硫酸盐（如MgSO4、CaSO4等）中掺入不同种类、不同浓度的激活剂（如Mn，Dy，Tm和Ce等），可制备得到各具特点的热释光材料。然而，掺稀土的碱土金属硫酸盐的晶体结构复杂，其发光过程受到诸多因素的影响，尤其是掺杂离子之间的能量匹配和传递，其发光机制仍是有待研究的问题。作者等人[2]用热释光三维发光谱方法研究了CaSO4掺Eu和Ag,Mn磷光体的发光特性，观察到CaSO4:Eu发光谱中，主要发光来自于波长在385nm的Eu2+离子能级跃迁产生的发光峰，和Eu3+离子的波长为595nm和620nm弱发光峰，而二价稀土元素Eu2+与三价Eu3+的发光峰的波长和峰温等均有所不同。Mn2+可以将能量传递给Eu2+，增强Eu2+发光强度。离子间能量转移是为了得到波长、温度和强度合适的热释光峰的热释光材料的有效方法。Jassemnejad等人[3]研究了CaF2:Ce,Mn发光材料，观察到Ce3+离子能量转移给Mn2+的500nm发光峰。而在卤化物、硅酸盐、硼酸盐和磷酸盐中Eu2+对Mn2+的敏化作用也有很多的报道[4,5,6]。本文选择三种稀土元素Eu、Dy、Tm和过渡金属元素Mn在CaSO4中双掺杂，制成了CaSO4:RE,Mn多晶粉末，通过热释光和光释光测量，进一步研究Mn和稀土离子在CaSO4磷光体中的能量传递机制。1.实验方法本工作用高温烧结方法合成了CaSO4:RE和CaSO4:RE,Mn粉末样品[2]。取适量的分析纯稀土氧化物（Eu2O3、Tm2O3或Dy2O3）放入瓷杯中，加入蒸馏水，加入适量的分析纯试剂MnSO4•H2O，1高等学校博士学科点专项科研基金（20020558015）和国家自然科学基金（10275100）资助-1-http://www.paper.edu.cn并搅拌使其溶解，然后再加入分析纯浓硫酸，搅拌使RE2O3溶解，根据掺加杂浓度要求，再加入所需重量的分析纯CaSO4•2H2O，搅拌使其成均匀的悬浊液，放入微波炉中慢慢蒸干后磨碎。将样品再放入马弗炉中在600-900℃保温1小时，然快速冷却至室温，从而得到多晶粉末状的样品。样品的辐照采用90Srβ射线，在室温下进行辐照，辐照后的样品，进行热释光和光释光的测量。热释光和光释光的二维发光曲线的测量在RisøTL/OSL-15-B/C仪器[7,8]上进行。热释光三维发光谱测量的波长范围200-800nm,分辩率约为3nm[9]。2.实验结果2.1CaSO4:Tm,Mn和CaSO4:Dy,Mn的热释光图1比较了我们在相同条件下合成的CaSO4:Dy和CaSO4:Dy,Mn的热释光发光曲线。图2比较了我们在相同条件下合成的CaSO4:Tm和CaSO4:Tm,Mn的热释光发光曲线。图中样品经60Coγ射线辐照1Gy。结果表明在CaSO4:Dy/Tm中继续掺入Mn增强了150℃左右的低温峰，但对230℃左右的发光峰并无增强作用。0100200300400500040008000120001600020000CaSO4:Tm(0.1)CaSO4:Tm(0.1),Mn(0.1)TLintensity(a.u.)Temperature(oC)图1CaSO4:Tm，CaSO4:Tm,Mn的热释光强度比较1002003004005000040008000120001600020000CaSO4:Tm(0.1)CaSO4:Tm(0.1),Mn(0.1)TLintensity(a.u.)Temperature(oC)-2-http://www.paper.edu.cn0100200300400500010002000300040005000CaSO4:Dy(0.1)(4)CaSO4:Dy(0.1),Mn(0.1)TLintensity(a.u.)Temperature(oC)图2CaSO4:Dy，CaSO4:Dy,Mn的热释光强度比较我们曾测量了CaSO4:Mn的热释光三维发光谱，如图3所示[2]。观察到温度为120℃作用、中心波长为495nm的宽波带的发光峰。Mn在这里所起的作用既有发...
