纳米Gd2O3:Eu3+中Judd-Ofelt参数的实验确定

报道用Judd-Ofelt理论研究立方相纳米晶Gd2O3:Eu3+材料在77K下的光谱性质.以几乎不受周围晶场环境影响的5D0→7F1跃迁为参考，利用5D0→7F2和5D0→7F4跃迁，从实验上确定强度参数Ωλ(λ＝2，4).发现纳米Gd2O3:Eu3+材料晶场强度参数Ωλ随纳米晶粒径的变化而改变,与体材料相比有显著的不同.随微晶粒径减小，发射能级5D0的寿命变短、量子效率降低.这是因为微晶粒径越小，量子限域效应越强，表体比越大，在无序体调制的表面上表面缺陷作用增强而引起的.对电荷(Eu3+-O2-)迁移态和多声子过程另外两种无辐射通道也进行讨论. 关键词： 纳米Gd2O3:Eu3+ 强度参数 辐射与无辐射弛豫 量子效率     

Gd2O3:Eu3+纳米晶的燃烧合成及光致发光性质

采用柠檬酸作燃烧剂用燃烧合成法制备了Gd2O3:Eu3+纳米晶.用X射线衍射仪(XRD)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和荧光分光光度计等对Gd2O3:Eu3+纳米晶的结构、形貌和发光性能进行了分析.结果表明:不同柠檬酸与稀土离子配比(C/M)制备的样品经800℃退火1 h后,均得到了纯立方相的Gd2O3:Eu3+纳米晶,晶粒尺寸约为30 nm,尺寸分布较窄,其中以C/M=1.0时制备的纳米晶结晶性最好,发光强度最大.Gd2O3:Eu3+纳米晶主发射峰位置均在612 nm处(5D0→7F2跃迁),激发光谱中电荷迁移态发生红移,观察到Gd3+向Eu3+的有效能量传递.对柠檬酸与稀土离子配比(C/M)对结晶度、发光性质等的影响也进行了分析和讨论.     

不同介质里Gd2O3∶Eu3+纳米晶中Eu3+的自发辐射

对不同介质包围的Gd2O3∶Eu3 纳米颗粒的发光性质进行了研究。从发射光谱观察到Eu3 的4f组态内跃迁峰位受周围介质的影响不大。Gd2O3纳米颗粒中Eu3 的5D0的自发发射寿命受周围介质的局域场影响很大,主要与介质的有效折射率和纳米颗粒的填充率有关。有两种模型可以描述自发辐射寿命与周围介质的相互作用:Onsanger-实腔模型与Lorentz虚腔模型。本实验结果表明,实腔模型比较合理,而虚腔模型与实验数据偏差较大。     

Na+离子掺杂Gd2O3:Sm3+纳米晶的发光增强

采用柠檬酸作燃烧剂,在柠檬酸-硝酸盐体系下制备了Gd2O3:Sm3+和Gd2O3:Sm3+,Na+纳米晶.用X射线衍射仪、透射电子显微镜、荧光光谱仪等对样品的结构、形貌和光致发光性能进行了分析.结果表明:所得纳米样品为纯立方相,晶粒尺寸约为30 nm.在室温下,用275 nm激发光激发各样品时,可观测到Sm3+离子的较强发光,其主发射峰位分别位于561.5,603.5,651.5 nm,分别对应着Sm3+离子的4G5/2→6H5/2,4G5/2→6H7/2和7G5/2→6H9/2的电子跃迁,其中以4G5/2→6H7/2跃迁的光谱强度最强.实验表明:Na+离子的掺入使得Sm3+离子的光发射强度显著增强.对引起样品荧光强度变化的原因进行了分析.     

纳米Gd2O3中两种格位Eu3+的电荷迁移态激发跃迁

观测了粒径分别为15,23,135m的立方相Gd2O3：Eu^3 的选择激发光谱、发射光谱和激发光谱。受强量子限域效应的影响,纳米Gd2O3：Eu^3 的激发光谱的强度表现出对颗粒尺寸的明显依赖性。用Jorgensen公式计算电荷迁移带的位置,与实验测得激发光谱中位置相一致。通过电荷迁移带不同位置的选择激发光谱可以分辨出立方相Gd2O3：Eu^3 中C2和S6格位Eu^3 的发光,从选择激发的发射光谱和激发光谱结果计算出C2和S6格位电荷迁移带的激发光谱,与实验结果相符合。     

立方相Y2O3:Eu纳米晶中C2格位Eu3+的5D0能级量子效率

采用化学自发燃烧法制备了立方相不同粒径的纳米晶Y2O3:Eu(1 mol%),并通过退火处理得到了体相材料,测量了它们的发射谱和处在C2格位上Eu3 的5D0能级室温和10 K下的荧光衰减曲线.利用发射光谱数据计算了Eu3 在不同粒径纳米晶体Y2O3中的光学跃迁强度参数Ωλ(λ=2,4),通过对室温和低温下5D0能级荧光衰减的测量,用两种不同方法估计了处在C2格位上Eu3 的5D0能级的量子效率,对所获得的结果进行了讨论,并对两种获得量子效率不同方法进行了评价.     

GdF3:Eu3+纳米晶的VUV荧光性质

利用微乳液水热法制备出GdF3：Eu^3＋纳米晶及纳米棒。用X射线粉末衍射（XRD）和透射电子显微镜（TEM）等手段对材料的结构、形态及粒径大小等进行了表征。室温下真空紫外（vuv）光谱及荧光光谱表明GdF3：Eu^3＋纳米晶中的Gd^3＋离子吸收一个光子,并将能量分两步传递给Eu^3＋,发生了双光子发射。从各跃迁的积分强度和量子效率表达式可以得到材料在160nm紫外光激发下的量子效率约为170％。     

纳米晶Gd2O3∶Eu3+的制备及发光性能

采用低温燃烧合成法制备了Gd2O3∶Eu3 纳米晶.用X射线衍射仪(XRD)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和荧光光谱仪分别对样品的结构、形貌和发光性能进行了研究.结果表明,改变甘氨酸与稀土离子的比例(G/M)、退火温度可以制备出不同结构和晶粒尺寸的Gd2O3∶Eu3 纳米晶.在退火温度为800℃,G/M等于0.83和1.0时,均得到了纯立方相的Gd2O3∶Eu3 纳米晶,随着G/M的增加,Gd2O3∶Eu3 从立方相逐渐向单斜相转变.粉末的晶粒尺寸随着退火温度的增高而增大,晶粒尺寸在10～30 nm之间.立方相的Gd2O3∶Eu3 纳米晶主发射峰位置在612 nm(5D0→7F2跃迁),激发光谱中电荷迁移态发生了红移.     

纳米晶Y2O3:Eu3+红色荧光体的发光性质研究

研究了纳米晶Y2 O3:Eu3 红色荧光体的发光性质。结果表明 :该荧光体最大激发峰位于 2 5 2 6nm ,最大发射峰位于 6 13 4nm ,随着团聚尺寸的增加、煅烧温度的提高和助熔剂的加入 ,Y2 O3:Eu3 红色荧光体的发光强度增大 ;包膜工艺消除了纳米晶Y2 O3:Eu3 红色荧光体的表面缺陷和悬挂键 ,改善了其发光特性。     

纳米晶Gd2O3：Eu^3＋的制备与发光性质

利用共沉淀法制备了纳米晶Gd2O3:Eu3+发光粉体. 在不同掺杂浓度、不同煅烧温度的系列样品中,均观测到Eu3+离子的特征发射.样品的晶相与发射性质的研究表明:所制备的样品经800~1 300 ℃热处理后,晶相为立方相,1 400 ℃时开始向单斜相转变.荧光强度与Eu3+离子掺杂浓度关系研究表明:在不同掺杂浓度中,Eu3+离子浓度为4%时其相对发射强度最强.在三个不同的煅烧温度中,经800 ℃煅烧的样品其发光效果最好.此外还观察到电荷转移激发态以及基质、Gd3+与Eu3+之间的能量传递.激发谱包含三部分,即电荷转移带、Eu3+的4f内壳层电子跃迁和Gd3+的激发谱.     

Energy transfer between Eu3+ ions in a lattice with two different crystallographic sites: Y2O3:Eu3+, Gd2O3:Eu3+ and Eu2O3

The Eu³⁺ ion occupies two different crystallographic sites in (Y_1−xEu_x)₂O₃ and (Gd_1−xEu_x)₂O₃, with site symmetry S₆ and C₂. Energy transfer over more than 7 Å occurs from Eu³⁺ (S₆) ions to Eu³⁺ (C₂) ions. This is shown to be a direct one-phonon assisted process, in combination with a one-site resonant two-phonon assisted process at higher temperatures. For x = 1 there is energy migration over the Eu³⁺ (C₂) sublattice to quenching impurities. The presence of cooperative absorption points to superexchange interaction between the Eu³⁺ ions.     

Gd2O3:Eu3+溶胶-凝胶薄膜发光特性研究

以无机稀土氧化物为原料制备了Gd2O3:Eu3 溶胶-凝胶薄膜,通过对不同Eu3 离子掺杂浓度、不同烧结温度薄膜发光强度的研究,得出Gd2O3薄膜中Eu3 离子的最佳掺杂浓度为10%、最佳热处理工艺为800℃下烧结2h;由薄膜和粉末激发谱的比较发现:薄膜中存在着比粉末更有效的能量传递,从而更有利于高能射线激发发光;首次观察到薄膜经过1000℃烧结2h后发光消失,并通过SEM和XRD的实验分析对这一现象进行了解释。     

High-pressure optical studies of Y2O3:Eu3+ nanoparticles

Abstract

The fluorescence spectra of Y₂O₃:Eu³⁺ nanoparticles have been measured under the pressure of up to 78 kbar at room temperature. In this pressure range, a red-shift of 0.02(1) nm/kbar^?1 is noticed for the 0–2 line (⁵D₀→⁷F₂ transition). This shift is explained by the change of negative charge of the surrounding ligands. Compatibility between measured and calculated values for the 0–2 line position was obtained. The luminescence decay curves of the ⁵D₀→⁷F₂ transition were studied up to 78 kbar and were found to behave exponentially for all pressures studied. The fluorescence lifetime τ for the 0–2 line (⁵D₀→⁷F₂ transition) slowly decreased with pressure. The pressure effect on τ for the 0–2 line (⁵D₀→⁷F₂ transition) was explained by a model which considers the pressure effect on the line position, inter-ionic distance, ion volume and polarizability, molecular volume and polarizability, molecular refractive index and the refractive index medium n _med of the surrounding hydrostatic medium. The fluorescence lifetime calculated by the present model is in close correspondence with the experimental values.     

Crystalline-phase-dependent red emission behaviors of Gd2O3:Eu3+ thin-film phosphors

Gd₂O₃:Eu³⁺ luminescent thin films have been grown on Al₂O₃(0001) substrates using pulsed-laser deposition. The films grown at different deposition conditions showed different crystalline phases, surface morphologies and luminescent characteristics. Both cubic and monoclinic crystalline phases were observed for the Gd₂O₃:Eu³⁺ films, and the crystalline structure and the surface morphology of the films were highly dependent on the oxygen pressure and substrate temperature. The cubic system showed a higher luminescence than the monoclinic system. The luminescence characteristics were strongly influenced by not only the crystalline structure but also the surface morphology of the films. The photoluminescencebrightness data obtained from Gd₂O₃:Eu³⁺ films indicate that Al₂O₃(0001) is a promising substrate for growth of high-quality Gd₂O₃:Eu³⁺ thin-film red phosphor. In particular, the Gd₂O₃:Eu³⁺ films showed a much better photoluminescence behavior than a Y₂O₃:Eu³⁺ films with the same thickness. PACS 78.20.-e; 78.55.-m; 78.66.-w     

共掺杂效应对Y2O3:Eu3+和Gd2O3:Eu3+发光影响的理论研究

通过在Y2O3:Eu3 和Gd2O3:Eu3 发光材料中掺入Li ,Mg2 ,Al3 等离子能有效地提高材料的发光强度,根据分子动力学和密度泛函计算的结果,认为这些离子多倾向于形成C2格位附近的间隙缺陷对,导致部分Y(Gd)-O的键长增加,提高了材料的量子效率的同时使得激发峰位出现红移,是引起材料发光增强的一个原因.