孤立格位中的Cr3+近红外发射波长的设计与调控:以AMP2O7:Cr3+为例

近红外光谱调控对于开发新型近红外荧光粉至关重要。3d³电子构型的Cr³⁺具有波长可调谐的宽带近红外发光性质,是一种理想的近红外激活剂离子。由于d轨道对晶体场敏感,Cr³⁺离子发射波长强烈依赖于其配位晶体结构,明确配位结构与发光性质之间的构效关系是指导近红外荧光粉理性设计的理论基础。而实际上晶体结构复杂,影响局部配位结构性质的因素很多,难以形成明确的构效关系。AMP₂O₇(A=Li,K;M=Ga,Sc,In)系列焦磷酸盐晶体中具有孤立的[MO₆]八面体结构特征,可为Cr³⁺提供孤立的配位环境,孤立格位大大减少了晶体结构的复杂性,为构效关系的建立提供了合理性保障。本文以AMP₂O₇:Cr³⁺系列荧光粉为研究对象,Cr³⁺取代在孤立的[MO₆]八面体中心格位,具有波长可调谐的近红外发光性质,其发射波长随M³⁺和...     

多格位阳离子共掺提升LiScSi2O6∶Cr3+近红外荧光粉的光吸收

采用高温固相法制备Na⁺、In³⁺、Ge⁴⁺单掺或共掺杂的LiScSi₂O₆∶Cr³⁺荧光粉,通过漫反射光谱、光致激发和发射光谱、量子效率测试等手段对其光吸收及光致发光性能进行了研究。实验结果表明,Na⁺、In³⁺、Ge⁴⁺等离子单独掺杂均可提升LiScSi₂O₆∶Cr³⁺荧光粉对460 nm蓝光的吸收,而多格位阳离子共掺可进一步增强光吸收能力,吸收效率可从最初的50.5%提升至60.9%。多格位离子单掺或共掺引起Cr³⁺占据八面体结构畸变程度增加,从而导致光吸收增强。优化荧光体系LiSc_0.4In_0.6Si_1.6Ge_0.4O₆∶Cr³⁺的近红外发射峰波长为860 nm,半高...     

Na3Sc2(BO3)3：Tb3+反热猝灭荧光粉制备及其发光性能

采用高温固相法制备了一系列新型Na₃Sc₍2(1-x))(BO₃)₃∶xTb³⁺荧光粉,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、光致发光光谱(PL)、真空紫外荧光光谱(VUV)、高温荧光光谱和荧光衰减寿命等表征手段对其结构、形貌、成分、发光性能进行了系统研究。结果表明,在242 nm紫外光激发下,Na₃Sc₍2(1-x))(BO₃)₃∶xTb³⁺荧光粉发出主峰位于553 nm的明亮绿光,当掺杂浓度x=0.025时,发光强度达到最大。真空紫外荧光光谱显示这些荧光粉也可以被187 nm的深紫外光有效激发。在环境温度上升过程中,Na₃Sc_1.95(BO₃)₃∶0.025Tb³⁺表现出了反热猝灭行为;当温度达到473 K时,样品的发光强度达到最高,为室温(2...     

新型近红外超长余辉材料Zn3Al2Ge2O10：Cr3+的发光性能

采用高温固相法制备了新型近红外长余辉材料Zn₃Al₂Ge₂O₁₀：Cr³⁺,利用X射线衍射、荧光光谱和余辉衰减曲线等对合成的样品进行了分析。结果表明：样品Zn₃Al₂Ge₂O₁₀：Cr³⁺是Ge⁴⁺取代ZnAl₂O₄：Cr³⁺尖晶石中的部分Al³⁺而形成的固溶体。在397 nm光的激发下,发射光谱主要由两个明显的窄峰叠加在Cr³⁺离子的自旋允许跃迁⁴T₂→⁴A₂辐射的宽发射带上。发光强度随着Cr³⁺离子掺杂浓度的增大和煅烧温度的升高而出现浓度猝灭及温度猝灭现象。当Zn₃Al_2-xGe₂O₁₀：xCr³⁺中的Cr³⁺离子掺杂量x为2%且煅烧温度为1 350 ℃时,样品的近红外发光及余辉强度最大。材料的余辉持续时间超过300 h,余辉发射谱峰位与荧光发射光谱中的N线一致,均位于697 nm附近。最后分析了煅烧温度对样品余辉性能的影响,并对材料的余辉机制进行了探讨。     

Li(Sc,M)Si2O6∶Cr3+(M=Ga3+/Lu3+/Y3+/Gd3+)的近红外发光性能

荧光转换型近红外发光二极管(NIR pc-LED)具有体积小、谱带宽、峰位易调谐等优点,是新一代NIR光源发展的前沿,其关键在于研发可被蓝光有效激发的高效率宽带近红外荧光粉。LiScSi₂O₆∶Cr³⁺荧光材料的激发波长为460 nm,发射峰位在845 nm,光谱带宽为156 nm,内量子效率为64.4%。基于该体系,本文通过M离子(M=Ga³⁺,Lu³⁺,Y³⁺,Gd³⁺)取代Sc³⁺的方式对其性能进行调控。结果表明,引入M离子易生成杂相或发生相变,降低了材料的发光性能。本文从晶体结构出发对其调控过程进行了分析。     

Ce3+-Cr3+共掺杂Ba3Sc4O9荧光材料的发光性能

红光-近红外光谱技术在医疗领域具有广泛的应用。但对于当下采用蓝光LED激发荧光材料实现红光-近红外光谱输出的器件结构而言,则普遍存在蓝光过剩的问题。本文提出了通过构筑Ce³⁺→Cr³⁺能量传递从而实现抑制器件蓝光输出的策略。以Ba₃Sc₄O₉为研究对象,采用Ce³⁺/Cr³⁺共掺杂,研究了其发光性能。结果表明,共掺杂的Ba₃Sc₄O₉∶Ce³⁺/Cr³⁺同时具备了红光和近红外光发射能力,发射主峰分别位于585 nm和835 nm;Ce³⁺→Cr³⁺能量传递效率达50.92%。所封装的近红外LED器件的蓝光强度下降了78%,而Cr³⁺的发射强度增至181%。     

Bi3+、Eu3+共掺杂La4GeO8荧光粉的制备及可调发光

为了开发出高效稳定的单一基质白光发射荧光材料,本工作通过高温固相法成功合成了一系列La₄GeO₈∶Bi³⁺,Eu³⁺荧光粉样品,并通过X射线衍射、室温光谱、变温光谱等手段研究了实验样品的结构与发光性能。研究发现,Bi³⁺离子在该结构中占据两种不同的格位(Bi³⁺(Ⅰ)和Bi³⁺(Ⅱ)),且在紫外光激发下呈现两个峰值分别在475 nm和620 nm的宽带发射。对于Bi³⁺、Eu³⁺共掺样品,由于Bi³⁺(Ⅰ)与Eu³⁺之间的竞争吸收、Bi³⁺(Ⅰ)至Bi³⁺(Ⅱ)以及Bi³⁺(Ⅱ)至Eu³⁺的能量传递作用,可实现蓝色至红色、橙红色至红色的可调发光。特别地,样品La₄GeO₈∶0.07Bi³⁺,0.0...     

Cr3+:Al2O3透明多晶陶瓷光谱特性分析

对透光性良好的Cr³⁺:Al₂O₃透明多晶陶瓷的光谱性能 进行了研究，其吸收光谱中吸收峰与单晶红宝石相一致，按吸收光谱和Tanabe-Sugano能级 图，算出其晶场强度参数D_q及Racah参数B分别为1792cm^-1， 689cm ^-1，D_q/B=2.6，陶瓷中Cr³⁺离子所处格位的晶体场强 比单晶弱一些，但Cr³⁺:Al₂O₃透明陶瓷仍属于强场晶 体材料；当Cr³⁺掺杂浓度到达0.8wt%时，陶瓷的发射谱仍保持较好的R线发射 ；随Cr³⁺掺杂浓度的增大，激发峰位发生“红移”.在Cr³⁺:Al₂O₃透明多晶陶瓷的荧光谱上，发现一个波长为670nm的发射峰，经激发 谱确认为Cr³⁺的发射峰. 关键词： 氧化铝 透明陶瓷 离子格位 光谱性质     

Cr3+掺杂的Ca3Al2Ge3O12石榴石的光谱性质

在此报告钙铝锗石榴石Ca₃Al₂Ge₃O₁₂中Cr³⁺离子的光谱特性,依据不同浓度的样品在不同温度下发射光谱的实验结果,分析了不等价Cr³⁺发光中心零声子线R₁,R₂的位置变化情况。通过对Cr³⁺吸收和发射光谱的分析,估算了Cr³⁺所处格位的晶场强度参数Dq和Racah参数,同时,对低温下Cr³⁺R线边带振动光谱的精细结构的起因进行了分析和指认。在室温和低温下测得Cr³⁺的⁴T₂→⁴A₂和²E→⁴A₂能级跃迁的荧光衰减为单指数规律。     

近紫外光激发黄色荧光粉Ba3Y4O9：Dy3+的制备及发光特性

通过高温固相法合成了一系列Ba₃Y_4-xO₉：xDy³⁺荧光粉材料。利用X射线粉末衍射、荧光光谱和荧光寿命对样品进行了表征。实验表明,样品的激发光谱由一系列线状峰组成,峰值分别位于328,355,368,386,427,456,471 nm。在355 nm激发下,荧光粉在490 nm（⁴F_9/2→⁶H_15/2）和580 nm（⁴F_9/2→⁶H_13/2）处有很强的发射,发射光谱的色坐标位于黄光区域。研究了不同Dy³⁺掺杂浓度对样品发光性质的影响,发现样品的发光随着Dy³⁺浓度的增大而增强,但光谱形状基本保持不变,表明Dy³⁺占据了基质中低对称性的Y³⁺格位。当Dy³⁺摩尔分数x=0.08时出现发光强度猝灭现象,浓度猝灭机理为电偶极-电偶极相互作用。样品的发光寿命随着Dy³⁺浓度的增大逐渐减小,进一步证明了Dy³⁺离子之间存在着能量传递现象。Ba₃Y₄O₉：Dy³⁺荧光粉的发光位于黄光区域,有较好的热稳定性,是潜在的白光LED用荧光粉材料。     

单一基质双光色Ba10-x(PO4)4(SiO4)2:xEu2+荧光粉的两步法制备与光谱调控

采用两步法成功合成了单一基质双光色Ba_10-x（PO₄）₄（SiO₄）₂：xEu²⁺荧光粉,研究了稀土离子占据不同的晶格格位对荧光粉光谱特性的影响。结果表明：两步法合成的荧光粉发射光谱由414 nm的蓝光波带和504 nm绿光波带两种光色组成,而传统的高温固相法制备的荧光粉只有504 nm处的绿光发射。荧光粉发光性能与Eu²⁺离子在磷灰石晶体结构中占据的晶格位置关系十分密切。两步法荧光粉双光色的形成主要是由于在第一步氧化气氛合成过程中Eu³⁺离子取代了基质结构中的Ba_Ⅰ和Ba_Ⅱ两个格位的Ba²⁺离子;在第二步还原过程结束后,Eu²⁺离子仍然占据着两种格位,从而形成了两种具有不同配位环境的发光中心。此外,双发射峰的相对强度能够通过Eu²⁺离子对Ba_Ⅰ格位的取代率而调节,进而实现光谱的调变。     

Sr2SiO4:Ce3+,Li+蓝紫色荧光粉发光性能的研究

以MCM-41为硅源,采用共沉淀法制备Sr_2-xSiO₄:xCe³⁺(x=0.01~0.09,步长为0.01)和Sr_1.95-ySiO₄: 0.05Ce³⁺,yLi⁺(y= 0.01~0.07,步长为0.02)蓝紫色荧光粉。Sr_2-xSiO₄:xCe³⁺的发射光谱是一个不对称的宽带,最大峰值在410 nm左右。Ce³⁺的最佳掺杂量为5%。Ce³⁺离子倾向于占据九配位的Sr(Ⅱ)格位。共掺电荷补偿剂Li⁺可以有效地提高Sr_1.95SiO₄: 0.05Ce³⁺的发光强度,其中Li⁺离子对1 100 ℃煅烧样品的发光强度的提高程度比1 000 ℃的更高,Li⁺的最佳掺杂量为y=0.05。     

Bi3+掺杂对Sr2MgSi2O7∶Eu2+荧光粉的结构及发光性能的影响

采用溶胶-凝胶法在还原气氛下制备了Sr₂MgSi₂O₇∶Eu²⁺,xBi³⁺(x=0,0.02,0.04,0.06,0.08,0.1)荧光粉,并用XRD、TG-DTA及激发与发射谱仪对样品的结构及发光性能进行了表征。结果发现:单掺杂Bi³⁺的Sr₂MgSi₂O₇样品的发射光谱所用的材料的激发光谱为一主峰为286 nm的宽带谱,这是由于激发态时Bi³⁺的³P₁→¹S₀电子能级跃迁而造成的;单掺杂Eu²⁺的Sr₂MgSi₂O₇样品的发射光谱所用的材料的激发光谱为一主峰为358 nm的宽带谱,这是典型的Eu²⁺的4f⁶5d¹→4f⁷跃迁而引起的。当Bi³⁺离子掺杂到Sr₂MgSi₂O₇∶Eu²⁺样品的摩尔分数为0.04时,样品的发射强度是未掺杂Bi³⁺离子样品的1.9倍。     

Ba2SiO4:Ce3+,Mn2+荧光粉的制备与光谱性质

用高温固相反应法合成了Ba₂SiO₄:xCe³⁺,yMn²⁺(x=0~0.2, y=0~0.15)荧光粉,研究了荧光粉的晶体结构和发光性质。在紫外光激发下,Ba₂SiO₄:xCe³⁺的发射光谱为位于384 nm附近的宽带。Ba₂SiO₄:Mn²⁺样品的发射光谱位于376 nm的宽带较强,红光发射极弱。在Ce³⁺和Mn²⁺共掺的Ba₂SiO₄:xCe³⁺,yMn²⁺样品中,位于606 nm附近的红光发射较强,来源于Mn²⁺的⁴T₁(⁴G)-⁶A₁(⁶S)跃迁。这说明Ce³⁺离子将部分能量传递给了Mn²⁺离子,有效地敏化了Mn²⁺离子的发光。当Ce³⁺的摩尔分数为0.2、Mn²⁺的摩尔分数为0.075时,Ba₂SiO₄:xCe³⁺,yMn²⁺荧光粉位于606 nm的Mn²⁺的发射峰最强。     

La3PO7:Eu3+纳米晶的制备和光谱性质

通过燃烧法合成了Eu³⁺掺杂的含氧磷酸镧(La₃PO₇:Eu³⁺)纳米晶颗粒材料。样品的结构、形貌和粒径分别由X射线衍射、扫描电镜和透射电子显微镜得到。测量了样品的发射光谱、激光选择激发光谱和时间分辨光谱。实验结果表明:样品展示的较强红光发射来自于Eu³⁺ 的⁵D₀→⁷F₂辐射跃迁,Eu³⁺在La₃PO₇基质中至少占据两种不同的格位,且具有较低的格位对称性。     

绿色K2-xNaxZn0.94SiO4∶0.06Mn2+荧光粉晶体相变对光致发光性能的影响

采用高温固相法,通过阳离子替代的实验策略,制备出系列窄带发射且颜色可由深黄色调至绿色的K_2-xNa_xZn_0.94SiO₄∶0.06Mn²⁺(0≤x≤2)荧光粉。用X射线粉末衍射仪对样品的物相进行表征,通过扫描电子显微镜和能量色散谱测试对样品的形貌和元素分布进行分析。结果表明,成功地合成了纯相且元素分布均匀的K_2-xNa_xZn_0.94SiO₄∶0.06Mn²⁺(0≤x≤2)荧光粉。在蓝光激发下,随着Na⁺离子逐渐代替K⁺离子,K_2-xNa_xZn_0.94SiO₄∶0.06Mn²⁺(0≤x≤2)荧光粉的发光强度逐渐增强,原荧光粉的发光强度得到有效提高的同时发光颜色由深黄色调至绿色。在427 nm激光的激发下：当x=0.8时,...     

Eu2+激活的Ca3SiO5绿色荧光粉的制备和发光特性研究

研究了Eu²⁺激活的绿色发光材料Ca₃SiO₅的制备条件和发光性质. Eu²⁺中心形成主峰值为501 nm和次峰值为570 nm的特征宽带，两峰值叠加形成发射峰值为502nm的绿色发射光谱带. 利用这些光谱结果和Van Uitert 经验公式，确认Ca₃SiO₅:Eu²⁺中存在两种性质有差异的Eu²⁺发光中心，它们分别占据基质中八配位的Ca²⁺(Ⅰ)格位和四配位的Ca²⁺(Ⅱ)格位. 其激发光谱分布在250—450 nm的波长范围，峰值位于375 nm处，可以被InGaN管芯产生的350—410 nm辐射有效激发. 关键词： 发光 荧光粉 绿色荧光粉 3SiO₅')" href="#">Ca₃SiO₅ 2+')" href="#">Eu²⁺     

YAG粉末材料中Cr3+敏化的Yb3+近红外发光性质

采用高温固相反应法合成了YAG: 0.02Cr³⁺,yYb³⁺系列粉末材料,研究了该系列材料在近红外区域的发光特性,主要包括Cr³⁺,Yb³⁺的发光性质、Cr³⁺: ⁴T₂和Yb³⁺: ²F_5/2能级辐射跃迁寿命以及其布居时间的比较,给出了Yb³⁺最佳掺杂量为10%。实验表明:通过Cr³⁺→Yb³⁺能量传递,实现了Yb³⁺在1 000 nm附近近红外发光的增强,这对进一步提高c-Si太阳能电池转换效率打下了坚实基础。     

化学共沉淀法制备的(Y1-x-y,Gdy)2O3∶xEu3+红色荧光粉及其发光性能

用化学共沉淀法一次煅烧工艺合成了 (Y_1-x-y,Gd_y)₂O₃∶xEu³⁺(x=0.06~0.10,y=0,0.20~0.25)系列红色荧光粉。用XRD、SEM和荧光分光光度计,对试样的晶体结构、表面形貌及发光性能进行表征。研究了Eu³⁺、Gd³⁺的掺杂浓度、表面活性剂的加入、煅烧温度对样品性能的影响。结果表明:样品为立方晶系;Gd³⁺的加入会使基体晶格发生畸变,晶胞参数增加,起到改善样品色纯度和发光效率的作用;最佳煅烧温度为900 ℃,比传统的高温固相法低500 ℃左右;所合成荧光粉的粒度主要分布在300~400 nm,结构比较松散;当x=0.08,y=0.23时,最大发射峰(λ_em=613 nm)强度最大。所合成的(Y_1-x-y,Gd_y)₂O₃∶xEu³⁺荧光粉是一种性能较好的PDP用红色荧光粉。     

Eu2+掺杂CaSi2O2N2荧光粉发光性能

采用固相反应法合成了组成为Ca_1-xEu_xSi₂O₂N₂的Eu²⁺掺杂CaSi₂O₂N₂荧光粉.通过荧光光谱对样品的发光性能进行了研究,发现Eu²⁺掺杂CaSi₂O₂N₂荧光粉发射光谱为宽波段的单峰结构,主要包含绿光和黄光区,发射峰在556~568 nm.从发射光谱的宽带特征来看,CaSi₂O₂N₂:Eu²⁺的发射主要对应着Eu²⁺离子4f⁶5d→4f⁷跃迁.从激发光谱所覆盖的范围还可以看到,样品可以有效的被UV蓝-光激发,这意味着该类荧光粉在白光LED方面有可能得到广泛的应用.另外,样品的发光性能与激发离子的浓度有着很大关系.激发离子浓度增大时,发射光谱会发生明显红移.利用这一性质,可以通过改变Eu²⁺浓度来调节荧光粉的发光范围,从而满足不同场合的需要.同时,Eu²⁺浓度提高,样品发射光谱的强度也会随之增强,在x=0.06时发射强度达到最大值,之后继续增加Eu²⁺浓度,强度不仅没有增加反而降低,即出现浓度猝灭现象.