2.3 基质组成对材料光存储性能及陷阱分布的影响 2.3.1 ZnO的影响
对xZnO-(100-x)/2B2O3-(100-x)/2SiO2:0.1Mn2+系列玻璃进行了热释光测试，该系列玻璃的组成示于表3，热释光曲线及其高斯拟合结果示于图3和4，陷阱参数的计算结果示于表4中。
表3 xZnO-(100-x)/2B2O3-(100-x)/2SiO2:0.1Mn2+系列玻璃组成 Table3 Composition of xZnO-(100-x)/2B2O3-(100-x)/2SiO2:0.1Mn2+glasses 样品 ZBSM-1 ZBSM-2 ZBSM-3 ZBSM-4
ZnO 40 50 60 70
B2O3 30 25 20 15
SiO2 30 25 20 15
MnCO3 0.01 0.01 0.01 0.01
表4 xZnO-(100-x)/2B2O3-(100-x)/2SiO2:0.1Mn2+系列玻璃的陷阱参数
Table4Trapping Parameters of xZnO-(100-x)/2B2O3-(100-x)/2SiO2:0.1Mn2+glasses Sample ZBSM-2 ZBSM-3 ZBSM-4
Tm/℃ 128 225 81 212 133 205
7500060000TL Intensity/cpsE/eV 0.8 1.07 0.76 1.04 0.87 1.03
R.I.×10-5 0.36 0.31 6.11 6.91 3.51 5.72
ZBSM-345000ZBSM-43000015000ZBSM-2050100150ZBSM-1
图3 xZnO-(100-x)/2B2O3-(100-x)/2SiO2:0.1Mn2+系列玻璃的热释光曲线 Fig.3 TL spectra of xZnO-(100-x)/2B2O3-(100-x)/2SiO2:0.1Mn2+ glasses
200250Temprature/℃300350400
75000TL Intensity/cpsZBSM-3TL Intensity/cps75000600004500030000150000ZBSM-460000450003000015000050100150200250300350400Temprature/℃50100150200250300350400
Temprature/℃
(a) 试样ZBSM-3的拟合结果 (b) 试样ZBSM-4的拟合结果 图4 xZnO-(100-x)/2B2O3-(100-x)/2SiO2:0.1Mn2+系列玻璃的热释光曲线高斯拟合结果 Fig.4 Gaussian fitting of TL spectra of xZnO-(100-x)/2B2O3-(100-x)/2SiO2:0.1Mn2+ glasses
如图3所示，当ZnO含量≤40mo%时，检测不到热释发光，肉眼也观察不到光激励余辉的发射，因此样品不具备光存储的功能。当ZnO为50mol%时，开始出现热释峰。由图4的高斯拟合结果及表4的陷阱参数来看，ZnO增多，高温端与低温端的热释光强度均呈现先增大后减小的趋势，说明深浅两种陷阱的浓度随ZnO含量的增加先增大后减小，并且两种陷阱的浓度均在ZnO含量为60mol%时达到最大。
同时，ZBSM-4和ZBSM-3相比，浅陷阱能级加深，深陷阱能级变浅。我们认为这是由于ZnO增多导致玻璃结构的变化，造成缺陷性质的变化，从而导致陷阱能级的改变。 2）SiO2/B2O3的影响
对60ZnO-(40-x)B2O3-xSiO2:0.1Mn2+系列玻璃进行了热释光测试，该系列玻璃的组成示于表5，热释光曲线及其高斯拟合结果示于图5和6，陷阱参数的计算结果示于表6中。
表5 60ZnO-(40-x)B2O3-xSiO2:0.1Mn2+系列玻璃组成 Table5 Composition of 60ZnO-(40-x)B2O3 -xSiO2:0.1Mn2+ glasses
样品 ZBSM-5 ZBSM-6 ZBSM-7 ZBSM-8
ZnO 60 60 60 60
B2O3 35 30 20 10
SiO2 5 10 20 30
MnCO3 0.01 0.01 0.01 0.01
100000ZBSM-880000TL Intensity/cps600004000020000ZBSM-6ZBSM-7050100150ZBSM-5200250Temprature/℃300350400
图5 60ZnO-(40-x)B2O3-xSiO2:0.1Mn2+系列玻璃的热释光曲线 Fig.5 TL spectra of 60ZnO-(40-x)B2O3-xSiO2:0.1Mn2+ glasses
4000032000TL Intensity/cpsZBSM-71000007500050000250000ZBSM-8240001600080000-800050100150200250300350TL Intensity/cpsTemprature/℃50100150
Temprature/℃200250300350
(a) 试样ZBSM-7的拟合结果 (b) 试样ZBSM-8的拟合结果
图6 60ZnO-(40-x)B2O3-xSiO2:0.1Mn2+系列玻璃的热释光曲线拟合结果 Fig.6 Gaussian fitting of TL spectra of 60ZnO-(40-x)B2O3-xSiO2:0.1Mn2+ glasses 表6 60ZnO-(40-x)B2O3-xSiO2:0.1Mn2+系列玻璃的陷阱参数
Table6 Trapping Parameters of 60ZnO-(40-x)B2O3-xSiO2:0.1Mn2+ glasses Sample ZBSM-5 ZBSM-6 ZBSM-7 ZBSM-8
Tm/℃ 105 115 100 245 120 230
E/eV 0.81 0.84 0.80 1.12 0.85 1.08
R.I.×10-5 1.0 1.2 2.3 3.5 2.4 9.1
如图5所示，随着SiO2/B2O3比值的增加，热释光强度增大，特别是高温区的热释光强度明显增强，而低温区的热释光强度却有不同程度的减少。说明SiO2含量的增加，使得陷阱能级分布发生了改变，特别是深阱陷阱数目增加，储能能力增强。
由图6和表6中的陷阱参数来看，与ZBSM-7相比，样品ZBSM-8出现了浅能级加深，深能级变浅的现象。这是由于SiO2增多，导致Zn/Si+B比值的增加，因此陷阱能级的变化仍要归因于ZnO的相对含量增大。
3结论
通过对Mn2+掺杂的ZnO-B2O3-SiO2光存储玻璃的热释光谱研究发现： 1. Mn2+掺杂的ZnO-B2O3-SiO2光存储玻璃中至少存在两种不同深度的陷阱能级，中心能级的深度分别为0.80eV和1.02eV（对应热释温度分别为100℃和200℃），其中，1.02eV的深陷阱能级可对光能稳定存储。
2. 激活离子Mn2+的增多可以提高存储能量，但也存在浓度淬灭，Mn2+多于0.05mol%时，深陷阱存储的能量减少；
3. 基质组成对Mn2+掺杂的ZnO-B2O3-SiO2玻璃的光存储性能及陷阱性质的影响也很大：中心能级的深度分别为0.80eV和1.02eV的两种陷阱的浓度均在ZnO含量为60mol%时达到最大，并且随ZnO的增多，均呈现浅能级加深，深能级变浅的趋势；SiO2、B2O3主要影响中心能级深度约为1.02eV（对应热释温度为200℃）的深能级陷阱，随着SiO2/B2O3比值的增加，深陷阱数目增加，材料的光存储能力增强。
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Thermoluminescence research of Mn2+-doped ZnO-B2O3-SiO2 Optical Storage Glass LI Feng-feng1, ZHANG Ming-xi1, LI Ru-chun2 SHEN Yi2*, Charles Christopher Sorrell3 (1.College of Light Industy, Hebei Polytechnic University, Tangshan 063000, PR China;2. College of Materials Science and Engineering, Key laboratory for inorganic non-metallic materialogy of Hebei province, Hebei Polytechnic University, Tangshan 063009, PR China; 3.School of Materials Science and Engineering University of New South Wales Sydney，NSW 2052，Australia)
Abstract: Mn2+depoed ZnO-B2O3-SiO2 glass were prepared by high temperature melting method。The optical storage property and distribution of traps were described by TL spectrum.，and the results show that: there are two kinds of traps in ZBSM glass at least, whose central depths are 0.80eV and 1.02eV. Otherwise, the optical storage property and distribution of traps could be influenced greatly by the active ion and matrix composition. Keyword: ZnO-B2O3-SiO2 glass, optical storage, trap