Yb3+/Tm3+共掺杂的钨酸镉纳米晶发光性能的研究

本文采用水热法制备了稀土离子Yb3+/Tm3+共掺杂的钨酸镉纳米晶。运用X-射线粉末衍射、场发射环境扫描电子显微镜和光谱分析对制备的样品的结构和发光性能进行了表征。根据XRD图谱可知,钨酸镉为单斜晶系,晶粒平均尺寸在28 nm左右。从ESEM图片可明显看出,钨酸镉呈纳米棒结构,直径在30 nm左右,长径比在5~8之间。利用980 nm半导体激光器激发钨酸镉纳米晶得到样品的发射光谱,存在一个较强的蓝光发射,发光峰位于481 nm,对应于Tm3+的1G4→3H6能级的跃迁,分析了Tm3+/Yb3+离子共掺体系的发光机制。讨论了发光强度随稀土离子浓度的变化,当Tm3+离子的掺杂浓度在2mol%,Yb3+/Tm3+物质的量浓度比cTm3+/cYb3+=10时钨酸镉纳米晶的发光强度最强。根据泵浦功率与发光强度之间的关系,可知处于481 nm的蓝光发射属于三光子过程,由发光强度与掺杂浓度之间的双对数衰减曲线可知,引起蓝光发射源于Tm3+的电偶极跃迁。     

低温凝胶燃烧法合成Y2O3∶Er3+，Yb3+纳米晶上转换发光材料

分别以柠檬酸和甘氨酸为燃烧剂,采用低温凝胶燃烧法合成了Er³⁺、Yb³⁺共掺Y₂O₃纳米晶粉体。通过TG-DSC、XRD、SEM等分析手段对两种燃烧剂所对应的反应过程及纳米晶粉体的物理性能进行了分析,结果表明甘氨酸法具有更高的反应效率、更好的粉体分散性及粒径均匀性。在980 nm激光二极管(LD)激发下,对甘氨酸法所得样品的上转换发光性能分析表明,绿光和红光发射谱带分别来自于Er³⁺的⁴S_3/2/ ²H_11/2→ ⁴I_15/2和⁴F_9/2→ ⁴I_15/2跃迁。此外,对Er³⁺和Yb³⁺掺杂浓度、粉体煅烧温度对纳米晶样品上转换发光性能的影响进行了讨论。     

试验优化设计Er3+-Yb3+共掺杂Gd2Ti2O7上转换发光特性

采用溶胶-凝胶（Sol-gel）法制备了Er³⁺-Yb³⁺共掺杂Gd₂Ti₂O₇纳米晶粉末,通过试验优化设计的理论建立了Er³⁺-Yb³⁺掺杂浓度与发光强度的回归方程,利用遗传算法优化计算出方程的最优解Er³⁺、Yb³⁺掺杂浓度分别为5.60%（物质的量分数）和13.43%。Er³⁺-Yb³⁺共掺杂Gd₂Ti₂O₇纳米晶粉末为单一面心立方Gd₂Ti₂O₇相结构,随Yb³⁺共掺杂浓度增加,X射线衍射峰逐渐向高角偏移。在976 nm激光激发下,Er³⁺-Yb³⁺共掺杂Gd₂Ti₂O₇获得了分别对应于Er³⁺的²H_11/2/⁴S_3/2→⁴I_15/2和⁴F_9/2→⁴I_15/2跃迁的绿色和红色上转换发光,且绿色和红色发光均为双光子吸收过程。研究了最优样品上转换发光与温度之间的关系,发现绿色上转换发光具有优良的温度传感特性,对红色上转换发光的温度猝灭进行了解释。     

Ho3+/Yb3+共掺ZnO-Al2O3-GeO2-SiO2玻璃陶瓷的制备和上转换发光性质

综合ZnO-Al₂O₃-SiO₂系和锗酸盐玻璃陶瓷的优点,采用熔融-晶化法首次制备了Ho³⁺/Yb³⁺共掺以ZnAl₂O₄为主晶相的ZnO-Al₂O₃-GeO₂-SiO₂系玻璃陶瓷。因[GeO₄]四面体和[SiO₄]四面体都是玻璃网络形成体,讨论了GeO₂取代SiO₂对玻璃陶瓷样品硬度及发光性能的影响,最终确定GeO₂的取代量为10.55%（w/w）时,玻璃陶瓷综合性能最佳。在980 nm泵浦光的激发下,发现强的绿色（546 nm）和弱的红色（650 nm）上转换发光,并研究了不同Ho³⁺/Yb³⁺掺杂比对样品上转换发光的影响,最终结果表明当Ho³⁺/Yb³⁺掺杂比为1：11（n/n）时样品荧光强度最强,在绿色上转换发光材料方面具有潜在的应用。     

Er3+-Yb3+掺杂SiO2-SrO-NaF玻璃陶瓷的制备及表征

采用熔融晶化法制备了主晶相为SrF₂的Er³⁺-Yb³⁺共掺透明氟氧化物玻璃陶瓷,利用DSC、XRD、SEM、UV-Vis-NIR和荧光光谱对样品的结构、形貌、发光性能进行了测试与表征。研究表明：该体系玻璃最佳热处理温度为620℃,最佳热处理时间为2 h,并讨论了Yb³⁺不同掺杂浓度对Er³⁺-Yb³⁺共掺玻璃陶瓷样品上转换发光性能的影响,确定Er³⁺-Yb³⁺最佳掺杂浓度比为1：7,同时观察到了明亮的绿光（522,540 nm）和较弱的红光（656 nm）,对Er³⁺和Yb³⁺之间的能量传递过程进行了讨论。     

ZnWO4∶Er3+，Yb3+纳米棒的制备及发光性能

采用水热法以聚乙二醇为分散剂合成了Er³⁺,Yb³⁺共掺的ZnWO₄纳米棒。X射线衍射、透射电子显微镜分析结果表明：所得产物为直径约20 nm的ZnWO₄纳米棒。在激发波长为980 nm的半导体激光器做光源激发下,确定样品的3个发射峰的发光中心位于532、553和656 nm,分别对应于铒离子 ²H_11/2→ ⁴I_15/2, ⁴S_3/2→ ⁴I_15/2和 ⁴F_9/2→ ⁴I_15/2的跃迁。     

KMgF3∶Ce3+,Tb3+纳米粒子中Ce3+→Tb3+的发光及能量传递

利用微乳液方法,合成了铈、铽共掺杂的氟镁钾纳米粒子,研究了体系中Ce³⁺→Tb³⁺的发光特性以及它们之间的相互作用,结果表明KMgF₃∶Ce³⁺,Tb³⁺纳米粒子中存在Ce³⁺→Tb³⁺的能量传递过程,即Ce³⁺可以将吸收的能量直接传递给Tb³⁺离子,使得Tb³⁺的绿色发光强度大为增加。     

Gd2O3:Yb3+,Nd3+,Tm3+/SiO2/Ag纳米复合材料的合成及上转换发光性质

通过多步骤的化学法合成了Gd₂O₃：Yb³⁺,Nd³⁺,Tm³⁺/SiO₂/Ag纳米复合材料。利用XRD,TEM,EDS,XPS,CLSM等方法对样品进行表征。实验结果表明,具有低声子能、稳定的化学性质的Gd₂O₃作为上转换发光的基质,当掺杂的敏化剂Nd³⁺离子浓度为1.0%（n/n）,激活剂离子Tm³⁺浓度为0.5%（n/n）时,上转换发光强度达到最大值。此外,表面吸附的Ag纳米颗粒,由于表面等离激元共振耦合作用,使得上转换发光蓝光波段的强度增强1.70倍。     

CaSb2O6:Bi3+,Eu3+荧光粉的制备和发光性质

采用共沉淀法及1 200 ℃后续煅烧4 h,成功制备了CaSb₂O₆:Bi³⁺,Eu³⁺荧光粉,并对其结构及发光性能进行了研究。所制备荧光粉颗粒为六边形类圆饼状,平均尺寸在100~600 nm之间。对CaSb₂O₆:Bi³⁺,Eu³⁺发光的机理分析表明,Bi³⁺对Eu³⁺的发光存在高效的敏化与能量传递。当Bi³⁺和Eu³⁺的掺杂浓度分别为0.5%和8%,Eu³⁺位于580 nm(⁵D₀→⁷F₀ )处的荧光发射显著增强,Bi³⁺,Eu³⁺共掺样品的荧光强度是CaSb₂O₆:Eu³⁺的10倍左右。调节Bi³⁺/Eu³⁺离子掺杂比,色坐标呈现了从蓝、白光到红光的变化,表明该荧光粉可分别作为蓝或红色荧光粉使用,甚至可实现从蓝、白光到红光的自由调控,这为白光LED荧光粉的发展提供了参考。     

CaWO4:xEu3+,ySm3+,zLi+红色荧光粉的制备及光学性能

采用微波固相法制备了CaWO₄：xEu³⁺,ySm³⁺,zLi⁺红色荧光粉。测量样品的XRD图、激发谱、发射谱及发光衰减曲线,研究并分析了Eu³⁺、Sm³⁺、Li⁺的掺杂浓度,对样品微结构、光致发光特性、能量传递及能级寿命的影响。结果表明,Eu³⁺、Sm³⁺、Li⁺掺杂并未引起合成粉体改变晶相,仍为CaWO₄单一四方晶系结构。Eu³⁺、Sm³⁺共掺样品中,Sm³⁺掺杂为3%时,Sm³⁺对Eu³⁺的能量传递最有效。Li⁺掺杂起到了助熔剂和敏化剂的作用,使样品发光更强。在394 nm激发下,与CaWO₄：3%Eu³⁺样品比较,3%Eu³⁺、3%Sm³⁺共掺CaWO₄及3%Eu³⁺、3%Sm³⁺、1%Li⁺共掺CaWO₄样品的发光分别增强2倍及2.4倍。同一激发波长下,单掺Eu³⁺样品寿命最短,Sm³⁺、Eu³⁺共掺样品随Sm³⁺浓度增加,寿命先减小后增加,且掺杂了Li⁺的样品比不掺Li⁺的样品⁵D₀能级寿命有所增加。     

Ce3+,Tb3+,Eu3+共掺杂Sr2MgSi2O7体系的白色发光和能量传递机理

通过正交试验,采用高温固相法制备了Sr2-x-y-zMgSi2O7∶xCe3+,yTb3+,zEu3+系列样品.使用X射线衍射仪和荧光光谱仪表征了样品的物相和发光性质,并讨论了Ce3+-Tb3+-Eu3+共掺杂Sr2MgSi2O7体系中的能量传递过程.实验结果表明,在327 nm波长激发下,所合成荧光粉的发射峰主要位于387 nm(蓝紫)、542nm(绿)和611 nm(红)处;分别以387,542和611 nm为监控波长,所得激发光谱显示荧光粉在327 nm处有最好的激发.在327 nm光激发下,系列样品发光进入白光区.最优化的荧光粉为Sr1.91MgSi2O7∶0.01Ce3+,0.05Tb3+,0.03Eu3+,其色坐标为(0.337,0.313),是一种潜在的发光二极管(LED)用白色荧光粉.     

钙钛矿结构荧光材料MZrO3:Eu3+,A (M=Ca2+, Ba2+; A=Li+, Na+, K+)的制备及其发光性质

Calcium and barium zirconate powders based upon CaZrO₃:Eu³⁺,A and BaZrO₃:Eu³⁺,A (A=Li⁺, Na⁺, K⁺) were prepared by combustion synthesis method and heating to ~1000℃ to improve crystallinity.The structure and morphology of materials were examined by X-ray diffraction (XRD) and scanningelectron microscopy (SEM). XRD results showed that CaZrO₃:Eu³⁺,A and BaZrO₃:Eu³⁺,A (A=Li⁺, Na⁺, K⁺) perovskites possessed orthorhombic and cubic structures, respectively. The morphologies of all powderswere very similar consisting of small, coagulated, cubical particles with narrow size distributions andsmooth and regular surfaces. The characteristic luminescences of Eu³⁺ ions in CaZrO₃:Eu³⁺,A (A=Li⁺, Na⁺, K⁺) lattices were present with strong emissions at 614 and 625 nm for ⁵D₀→⁷F₂ transitions with other weakeremissions observed at 575, 592, 655, and 701 nm corresponding to ⁵D₀→⁷F_n transitions (where n=0, 1, 3, 4 respectively). In BaZrO₃:Eu³⁺ both the ⁵D₀→⁷F₁ and ⁵D₀→⁷F₂ transitions at 595 and 613 nm were strong.Photoluminescence intensities of CaZrO₃:Eu³⁺ samples were higher than those of BaZrO₃:Eu³⁺ lattices. Thisremarkable increase of photoluminescence intensity (corresponding to ⁵D₀→⁷F_n transitions) was observedin CaZrO₃:Eu³⁺ and BaZrO₃:Eu³⁺ if co-doped with Li⁺ ions. An additional broad band composed of manypeaks between 440 to 575 nm was observed in BaZrO₃:Eu³⁺,,A samples. The intensity of this band wasgreatest in Li⁺ co-doped samples and lowest for K⁺ doped samples.     

白色荧光粉NaGd（MoO4）2:Dy3+,Eu3+的水热合成及发光性能

采用谷氨酸辅助水热法合成了八面体形NaGd(MoO4)2:Dy3+,Eu3+白色荧光粉.X射线衍射结果表明,合成的样品为四方晶系的NaGd(MoO4)2纯相.扫描电子显微镜照片显示所制备的粒子为八面体形,各边长约为2μm.荧光光谱结果表明,在NaGd(MoO4)2:4%Dy3+,yEu3+(y=0,0.5%,0.6%,0.7%,0.8%,0.9%,1.0%)样品中,随着Eu3+掺入量的增加,Dy3+的发射峰逐渐减弱,而Eu3+的发射峰逐渐增强,说明Dy3+-Eu3+之间存在能量传递.通过色坐标图可知,当Eu3+掺杂量y=0.9%时,荧光粉的色坐标(0.338,0.281)与标准的白光色坐标(0.33,0.33)接近,表明NaGd(MoO4)2:4%Dy3+,0.9%Eu3+是很好的近紫外光激发下的白色荧光粉.     

Eu3+、Ga3+共掺杂SiO2基质材料的制备及其发光性质

通过溶胶-凝胶方法制备了稀土离子Eu³⁺和Ga³⁺共掺杂的SiO₂材料;利用IR、XRD等研究了材料的结构,结果表明材料属于非晶态,800 ℃退火后样品的主要结构仍为SiO₂的网状结构。400 ℃退火的样品在393 nm激发下发射光谱显示了Eu³⁺的特征发射光谱,产生3条明显谱带,分别是576 nm(⁵D₀-⁷F     

Ca9Y(PO4)7:Ce3+,Tb3+纳米荧光粉的制备及发光性能

采用水热法制备出Ca₉Y（PO₄）₇：Ce³⁺,Tb³⁺纳米荧光粉,通过XRD、SEM和荧光光谱等对样品进行了分析,研究在Ca₉Y（PO₄）₇基质中引入Ce³⁺,Tb³⁺离子对发光性能的影响规律。研究发现因Tb³⁺离子自身能量交叉驰豫的存在,使得单掺Tb³⁺时,通过调节Tb³⁺离子的浓度可以实现对发光颜色的控制。同时研究了Ce³⁺-Tb³⁺之间的能量传递为电多极相互作用的偶极-四极机制,Ce³⁺-Tb³⁺之间最大的能量传递效率为55.6%。Ca₉Y（PO₄）₇：Ce³⁺,Tb³⁺的发光颜色可以通过激活离子之间的能量传递和共发射得到可控调节。SEM分析表明荧光粉颗粒尺寸在100 nm左右,分散性好。     

基于NaYF4:Yb3+,Er3+上转换发光纳米晶的复合微球组装及其光动力活性研究

采用微乳液法,以NaYF₄:Yb³⁺,Er³⁺纳米晶为发光基元,肽菁锌(ZnPc)光敏分子与十八碳烯-马来酸酐共聚物(PMAO)为功能分子,一步组装获得了NaYF₄-ZnPc-PMAO复合微球,此微球同时具备成像与光动力活性功能,NaYF₄可作为低生物背景的荧光成像剂,同时其上转换发光可以敏化ZnPc用于光动力活性研究,PMAO分子经过简单的水解反应即可实现表面羧基功能化。TEM,Zeta电位与PL测试证实了微球的结构与性能。利用荧光共聚焦成像技术实现了对Hela细胞的发光成像;进一步通过单线态氧监测及980 nm光照下的MTT法细胞活性测试表明微球具有光动力活性功能。