Thermoluminescence Dynamics Analysis and Its Application in Study of Persistent Luminescence Materials

WEN Zaisheng; ZHANG Shiyou; BAI Xin; SONG Zhen; LIU Quanlin

doi:10.37188/CJL.20240208

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Thermoluminescence Dynamics Analysis and Its Application in Study of Persistent Luminescence Materials

Views on Basic Knowledge of Luminescence | 更新时间：2026-04-14

- Thermoluminescence Dynamics Analysis and Its Application in Study of Persistent Luminescence Materials
  增强出版
- Chinese Journal of Luminescence Vol. 45, Issue 11, Pages: 1782-1793(2024)
- 作者机构：
  
  北京科技大学材料科学与工程学院，北京 100083
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52372134;12274023);Fundamental Research Funds for the Central Universities(FRF-EYIT-23-04)
- DOI：10.37188/CJL.20240208
  CLC： O482.31
- Received：11 September 2024，
  
  Revised：2024-09-25，
  
  Published：25 November 2024
- 稿件说明：
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文载盛,张世有,白欣等.热释光动力学解析及其在长余辉材料研究中的应用[J].发光学报,2024,45(11):1782-1793.

WEN Zaisheng,ZHANG Shiyou,BAI Xin,et al.Thermoluminescence Dynamics Analysis and Its Application in Study of Persistent Luminescence Materials[J].Chinese Journal of Luminescence,2024,45(11):1782-1793.
文载盛,张世有,白欣等.热释光动力学解析及其在长余辉材料研究中的应用[J].发光学报,2024,45(11):1782-1793. DOI： 10.37188/CJL.20240208.

WEN Zaisheng,ZHANG Shiyou,BAI Xin,et al.Thermoluminescence Dynamics Analysis and Its Application in Study of Persistent Luminescence Materials[J].Chinese Journal of Luminescence,2024,45(11):1782-1793. DOI： 10.37188/CJL.20240208.

摘要

热释光测试是长余辉材料研究中最重要的测试项目。材料在受到激发（紫外光、X射线和可见光等照射）时，电子被陷阱捕获，这些电子在热激励作用下被释放然后与发光中心复合进而产生长余辉发光。近几年，研究者对长余辉材料在生物成像、辐射剂量探测和防伪等领域展开了大量研究，长余辉材料成为发光材料研究的热点。余辉衰减过程中热能起到了关键作用。本文介绍了能带模型以及热释光“一级”、“二级”和“通用级”动力学方程，总结了常用的几种陷阱深度估算方法，并介绍了最近我们改进的热释光峰位联合加热速率估算法。

Abstract

Thermoluminescence measurement is the most important test item in the study of persistent luminescence materials. When the material is excited by high-energy rays， electrons are trapped in the trap， and these electrons are released under thermal excitation and then combined with the luminescent center， resulting in persistent luminescence. In recent years， researchers have carried out a lot of research on persistent luminescence materials in the fields of biological imaging， radiation dose detection and anti-counterfeiting. Thermal energy plays a key role in the decay of persistent luminescence. This paper will introduce the energy band model and thermoluminescence “first”， “second”， and “general” kinetic equations， and summarize several commonly used trap depth estimation methods， as well as our recently proposed simpler and more accurate trap depth estimation methods.

关键词

Keywords

references

ZHENG H R ， LIU L ， LI Y ， et al . X-ray excited Mn 2+ -doped persistent luminescence materials with biological window emission for in vivo bioimaging ［J］. J. Rare Earths ， 2024 ， 42 （ 1 ）： 28 - 35 . doi: 10.1016/j.jre.2023.01.004 http://dx.doi.org/10.1016/j.jre.2023.01.004

ZHUANG Y X ， LV Y ， WANG L ， et al . Trap depth engineering of SrSi 2 O 2 N 2 ∶ Ln 2+ ， Ln 3+ （ Ln 2+ = Yb， Eu； Ln 3+ = Dy， Ho， Er） persistent luminescence materials for information storage applications ［J］. ACS Appl. Mater. Interfaces ， 2018 ， 10 （ 2 ）： 1854 - 1864 . doi: 10.1021/acsami.7b17271 http://dx.doi.org/10.1021/acsami.7b17271

ZHUANG Y X ， CHEN D R ， CHEN W J ， et al . X-ray-charged bright persistent luminescence in NaYF 4 ∶ Ln 3+ @NaYF 4 nanoparticles for multidimensional optical information storage ［J］. Light Sci. Appl. ， 2021 ， 10 （ 1 ）： 132 . doi: 10.1038/s41377-021-00575-w http://dx.doi.org/10.1038/s41377-021-00575-w

WANG X F ， QIU Z X ， LIANG Y P ， et al . Achieving dynamic multicolor luminescence in ZnS∶KBr， Mn 2+ phosphor for anti-counterfeiting ［J］. Chem. Eng. J. ， 2022 ， 429 ： 132537 . doi: 10.1016/j.cej.2021.132537 http://dx.doi.org/10.1016/j.cej.2021.132537

MCKEEVER S W S . Thermoluminescence of Solids ［M］. Cambridge ： Cambridge University Press ， 1985 . doi: 10.1017/cbo9780511564994 http://dx.doi.org/10.1017/cbo9780511564994

CHEN R ， MCKEEVER S W S . Theory of Thermoluminescence and Related Phenomena ［M］. Singapore ： World Scientific ， 1997 . doi: 10.1142/2781 http://dx.doi.org/10.1142/2781

许少鸿 . 固体发光［M］. 北京：清华大学出版社， 2011 .

XU S H . Luminescence of Solids ［M］. Beijing ： Tsinghua University Press ， 2011 . （in Chinese）

RANDALL J T ， WILKINS M H F . Phosphorescence and electron traps-I. The study of trap distributions ［J］. Philos Trans. R Soc. Lond. A ， 1945 ， 184 （ 999 ）： 365 - 389 . doi: 10.1098/rspa.1945.0024 http://dx.doi.org/10.1098/rspa.1945.0024

RANDALL J T ， WILKINS M H F . Phosphorescence and electron traps Ⅱ. The interpretation of long-period phosphorescence ［J］. Philos Trans. R Soc. Lond. A ， 1945 ， 184 （ 999 ）： 390 - 407 . doi: 10.1098/rspa.1945.0025 http://dx.doi.org/10.1098/rspa.1945.0025

HENDERSON B ， IMBUSCH G F . Optical Spectroscopy of Inorganic Solids ［M］. Oxford ： Oxford University Press ， 2006 . doi: 10.1016/s1369-7021(06)71623-6 http://dx.doi.org/10.1016/s1369-7021(06)71623-6

GARLICK G F J ， GIBSON A F . The electron trap mechanism of luminescence in sulphide and silicate phosphors ［J］. Proc. Phys. Soc. ， 1948 ， 60 （ 6 ）： 574 - 590 . doi: 10.1088/0959-5309/60/6/308 http://dx.doi.org/10.1088/0959-5309/60/6/308

KITIS G ， GOMEZ-ROS J M ， TUYN J W N . Thermoluminescence glow-curve deconvolution functions for first， second and general orders of kinetics ［J］. J. Phys. D： Appl. Phys. ， 1998 ， 31 （ 19 ）： 2636 - 2641 . doi: 10.1088/0022-3727/31/19/037 http://dx.doi.org/10.1088/0022-3727/31/19/037

ALLIX M ， CHENU S ， VÉRON E ， et al . Considerable improvement of long-persistent luminescence in germanium and Tin substituted ZnGa 2 O 4 ［J］. Chem. Mater. ， 2013 ， 25 （ 9 ）： 1600 - 1606 . doi: 10.1021/cm304101n http://dx.doi.org/10.1021/cm304101n

PAN Z F ， CASTAING V ， YAN L P ， et al . Facilitating low-energy activation in the near-infrared persistent luminescent phosphor Zn 1+ x Ga 2-2 x Sn x O 4 ∶Cr 3+ via crystal field strength modulations ［J］. J. Phys. Chem. C ， 2020 ， 124 （ 15 ）： 8347 - 8358 . doi: 10.1021/acs.jpcc.0c01951 http://dx.doi.org/10.1021/acs.jpcc.0c01951

LIU S ， CAI H ， ZHANG S ， et al . An emerging NIR super-long persistent phosphor and its applications ［J］. Mater. Today Chem. ， 2022 ， 24 ： 100806 . doi: 10.1016/j.mtchem.2022.100806 http://dx.doi.org/10.1016/j.mtchem.2022.100806

MENG W ， FU X Y ， LIN T Y ， et al . A novel long persistent luminescent material CaGeO 3 ∶Tb 3+ with photo-stimulation properties ［J］. J. Rare Earths ， 2024 ， 42 （ 7 ）： 1233 - 1239 . doi: 10.1016/j.jre.2023.08.012 http://dx.doi.org/10.1016/j.jre.2023.08.012

YAN S ， LIANG Y J ， ZHANG Y ， et al . A considerable improvement of long-persistent luminescence in LiLuSiO 4 ∶Pr 3+ phosphors by Sm 3+ co-doping for optical tagging applications ［J］. J. Mater. Chem. C ， 2022 ， 10 （ 45 ）： 17343 - 17352 . doi: 10.1039/d2tc03646k http://dx.doi.org/10.1039/d2tc03646k

DU J R ， LYU S ， WANG P Q ， et al .， Multimode-responsive luminescence smart platform by single-Sm 3+ -doped phosphors ［J］. Adv. Opt. Mater. ， 2023 ， 11 （ 12 ）： 2300359 . doi: 10.1002/adom.202300359 http://dx.doi.org/10.1002/adom.202300359

LI L P ， LI T Y ， HU Y ， et al . Mechanism of the trivalent lanthanides’ persistent luminescence in wide bandgap materials ［J］. Light Sci. Appl. ， 2022 ， 11 （ 1 ）： 51 . doi: 10.1038/s41377-022-00736-5 http://dx.doi.org/10.1038/s41377-022-00736-5

DORENBOS P . Systematic behaviour in trivalent lanthanide charge transfer energies ［J］. J. Phys. Condens. Matter ， 2003 ， 15 （ 49 ）： 8417 - 8434 . doi: 10.1088/0953-8984/15/49/018 http://dx.doi.org/10.1088/0953-8984/15/49/018

DORENBOS P . Anomalous luminescence of Eu 2+ and Yb 2+ in inorganic compounds ［J］. J. Phys. Condens. Matter. ， 2003 ， 15 （ 17 ）： 2645 - 2665 . doi: 10.1088/0953-8984/15/17/318 http://dx.doi.org/10.1088/0953-8984/15/17/318

DORENBOS P . f→d transition energies of divalent lanthanides in inorganic compounds ［J］. J. Phys. Condens. Matter. ， 2003 ， 15 （ 3 ）： 575 - 594 . doi: 10.1088/0953-8984/15/3/322 http://dx.doi.org/10.1088/0953-8984/15/3/322

DORENBOS P . Charge transfer bands in optical materials and related defect level location ［J］. Opt. Mater. ， 2017 ， 69 ： 8 - 22 . doi: 10.1016/j.optmat.2017.03.061 http://dx.doi.org/10.1016/j.optmat.2017.03.061

DORENBOS P . Ce 3+ 5d-centroid shift and vacuum referred 4f-electron binding energies of all lanthanide impurities in 150 different compounds ［J］. J. Lumin. ， 2013 ， 135 ： 93 - 104 . doi: 10.1016/j.jlumin.2012.09.034 http://dx.doi.org/10.1016/j.jlumin.2012.09.034

DORENBOS P . Electronic structure engineering of lanthanide activated materials ［J］. J. Mater. Chem. ， 2012 ， 22 （ 42 ）： 22344 - 22349 . doi: 10.1039/c2jm34252a http://dx.doi.org/10.1039/c2jm34252a

GROSSWEINER L I . A note on the analysis of first-order glow curves ［J］. J. Appl. Phys. ， 1953 ， 24 （ 10 ）： 1306 - 1307 . doi: 10.1063/1.1721152 http://dx.doi.org/10.1063/1.1721152

HOOGENSTRAATEN W . Electron traps in zinc sulphide phosphors ［J］. Philips Res. Rep. ， 1958 ， 13 ： 515 - 693 . doi: 10.1007/978-3-663-02557-3_17 http://dx.doi.org/10.1007/978-3-663-02557-3_17

CHEN R ， WINER S A A . Effects of various heating rates on glow curves ［J］. J. Appl. Phys. ， 1970 ， 41 （ 13 ）： 5227 - 5232 . doi: 10.1063/1.1658652 http://dx.doi.org/10.1063/1.1658652

ZHANG S Y ， ZHAO F Y ， LIU S Q ， et al . An improved method to evaluate trap depth from thermoluminescence ［J］. J. Rare Earths ， 2024 ， doi： 10.1016/j.jre.2024.02.004 http://dx.doi.org/10.1016/j.jre.2024.02.004 .

张克旗，吴中海，吕同艳，等 . 光释光测年法——综述及进展［J］. 地质通报， 2015 ， 34 （ 1 ）： 183 - 203 .

ZHANG K Q ， WU Z H ， LÜ T Y ， et al . Review and progress of OSL dating ［J］. Geol. Bull. China ， 2015 ， 34 （ 1 ）： 183 - 203 . （in Chinese）

秦可心，胡贵明，刘静，等 . 方解石热释光定年技术的发展历史与展望［J］. 地震地质， 2024 ， 46 （ 3 ）： 699 - 722 .

QIN K X ， HU G M ， LIU J ， et al . Development and prospect of thermoluminescence dating by using calcite ［J］. Seismol. Geol. ， 2024 ， 46 （ 3 ）： 699 - 722 . （in Chinese）

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