Er~(3+)、Pr~(3+)共掺杂AlN薄膜的发光特性和能量传递机理

采用离子注入的方法在氮化铝(AlN)薄膜中实现Er~(3+)和Pr~(3+)的共掺杂,以阴极荧光光谱仪为主要表征手段,对其发光特性进行研究.对于Er~(3+)单掺杂的AlN薄膜,在410nm和480nm可以观察到Er~(3+)较强的发光峰,在537nm、560nm、771nm和819nm可观察到Er~(3+)的较弱的发光峰;对于Pr~(3+)单掺杂的AlN薄膜,Pr~(3+)的最强发光峰位于528nm,在657nm和675nm可以观察到Pr~(3+)的较弱的发光峰;而对于Er~(3+)和Pr~(3+)共掺杂的AlN薄膜,在494nm观察到与Pr~(3+)相关的新跃迁峰.根据实验现象,对AlN薄膜中Er~(3+)和Pr~(3+)之间的能量传递机制进行了深入分析,结果表明Er~(3+)的4F7/2→4I15/2能级跃迁与Pr~(3+)的3P0→3H4能级跃迁之间发生了共振能量传递,从而使Pr~(3+)产生了494nm新的发光峰.     

E u3+,D y3+共注入A lN薄膜结构和发光特性研究

采用离子注入方法在氢化物气相外延法生长的AlN薄膜中注入了不同剂量的Dy~(3+)和Eu~(3+),制备了Dy~(3+)单掺、Dy~(3+)和Eu~(3+)共掺的AlN样品.对于Dy~(3+)单掺杂AlN样品,X射线衍射和拉曼散射实验结果表明随着Dy注入剂量的增加,样品的压应力也增加,形成了比较明显的损伤层;但当注入剂量由5×1014at/cm~2增加至1×1015at/cm~2时,压应力增加不明显,接近于饱和.对于Dy~(3+)和Eu~(3+)共掺的AlN样品,阴极荧光实验表明,AlN中Eu~(3+)和Dy~(3+)之间可能存在能量传递,能量传递途径为在声子辅助下从Dy~(3+)的4F9/2→6H15/2至Eu~(3+)的7F0→5D2的共振能量传递.此外,计算发现改变Dy~(3+)和Eu~(3+)离子的注入剂量比能实现发光色度坐标和色温的有效调控.     

Na_2CaSiO_4:Sm~(3+),Eu~(3+)荧光粉的发光特性和能量传递

利用高温固相法合成Na_2CaSiO_4:Sm~(3+),Eu~(3+)系列荧光粉末,研究了Sm~(3+)和Eu~(3+)掺杂对Na_2CaSiO_4晶体结构的影响、材料发光特性以及存在的能量传递现象.X射线衍射结果表明Sm~(3+)和Eu~(3+)单掺及共掺样品均为单相的Na_2CaSiO_4结构,晶体结构没有改变.Na_2CaSiO_4:Sm~(3+)荧光样品在404 nm激发波长下呈现峰峰值为602 nm的橙红色荧光,来源于~4G_(5/2)→~6H_(7/2)跃迁.Na_2CaSiO_4:Eu~(3+)荧光样品在395 nm激发波长下发射出峰峰值为613 nm的红色荧光.对光谱和荧光寿命的测试和分析结果表明Sm~(3+)与Eu~(3+)之间存在能量传递,通过理论计算得到Sm~(3+)和Eu~(3+)之间的能量传递临界距离为1.36 nm,相互作用形式为电四极-电四极相互作用.随着Eu~(3+)掺杂浓度的增加,能量传递效率也逐渐提高至20.6%.     

Eu掺杂SiC_xO_y薄膜的Eu~(3+)发光机制

利用磁控溅射技术在低温250℃下制备Eu掺杂SiC_xO_y薄膜,研究薄膜的Eu~(3+) 发光激发机制。实验结果表明,薄膜的发光谱由来自基体材料的蓝光和来自Eu~(3+) 的红光组成;随着薄膜中Eu含量由0.19%增加到2.27%,其红光强度增加3倍左右,而蓝光逐渐减弱。Raman光谱及荧光瞬态谱分析表明,其蓝光由中立氧空位缺陷发光中心引起。结合薄膜的Eu~(3+) 激发光谱分析,SiC_xO_y∶Eu薄膜的红光增强源于薄膜中Eu~(3+) 离子浓度的增加和/或基体材料的中立氧空位缺陷发光中心与Eu~(3+) 离子的能量转移。     

Tm~(3+)/Er~(3+)/Yb~(3+)掺杂的镓锗酸盐玻璃光谱性能及能量传递

采用熔融淬冷法制备得到透明的Tm~(3+)/Er~(3+)/Yb~(3+)掺杂镓锗钠玻璃。对比研究了808 nm和980 nm激发下Tm_2O_3含量对样品可见-红外光学光谱特性的影响。结合稀土离子能级结构,分析了Tm~(3+)、Er~(3+)和Yb~(3+)离子之间的能量传递机制。结果表明:在808 nm和980 nm的激发下,Tm~(3+)/Er~(3+)/Yb~(3+)掺杂样品中均观察到了473,655,521,544 nm的蓝、红和绿光。在808 nm激发下,随着Tm~(3+)浓度的增加,Tm~(3+):1 800 nm和Er~(3+):1 530 nm发射强度的比率I1.8/I1.53逐渐增大。由于在Tm~(3+)和Er~(3+)间的能量传递有效地改变了红光和绿光的发射强度,473,521,655 nm的发光强度呈现先升高再降低的趋势,在Tm_2O_3掺杂摩尔分数为0.3%时达到最大值。而在980 nm激发下,由于Yb~(3+)对Er~(3+)和Tm~(3+)的能量传递起主要作用,使得其上转换红光(655 nm)、绿光(521 nm和544 nm)和蓝光(473 nm)的发光强度高于808 nm激发下的上转换发光。     

Er~(3+)/Tm~(3+)共掺铋硅酸盐玻璃2.0μm光谱性质（英文）

用高温熔融法制备了Er~(3+)/Tm~(3+)共掺杂无铅铋硅酸盐玻璃.测试了玻璃的吸收光谱和荧光光谱,分析和表征了Er~(3+)、Tm~(3+)离子之间的能量传递机制和传递效率,结果表明:在800 nm和1 550 nm光源泵浦下,Er~(3+)的掺入能够增强Tm~(3+)离子1.8μm发光,相应的最大发射截面分别为6.7×10~(-21)cm~2和7.3×10~(-21)cm~2,荧光带宽达到250 nm.根据Dexter-Foster模型,得到Er~(3+):~4I_(13/2)能级到Tm~(3+):~3F_4能级的直接能量传递系数为16.8×10~(-40)cm~6/s,为1 550 nm泵浦下获得较强的1.8μm发光奠定了基础.     

BaGd2(MoO4)4:Tb3+,Eu3+荧光粉的 发光特性与能量传递机理

利用高温固相法制备了BaGd_2(MoO_4)_4∶Tb~(3+)与BaGd_2(MoO_4)_4∶Tb~(3+),Eu~(3+)荧光粉,并借助于X射线衍射(XRD)、激发光谱、发射光谱及荧光衰减曲线对样品的结构及发光性能进行了表征。在290 nm激发下,BaGd_2(MoO_4)_4∶Tb~(3+)样品在550 nm处具有较强的绿光发射,表明该样品可用作绿色荧光粉。Tb~(3+)离子的最佳掺杂浓度为50%,电偶极间相互作用是引起浓度猝灭效应的主要原因。当在BaGd_2(MoO_4)_4∶Tb~(3+)荧光粉中共掺入Eu~(3+)离子后,可同时观测到Tb~(3+)与Eu~(3+)离子的特征发射峰。随Eu~(3+)掺杂浓度的升高,Tb~(3+)离子的发光强度逐渐下降,而Eu~(3+)离子的发光强度逐渐增加。根据BaGd_2(MoO_4)_4∶Tb~(3+),Eu~(3+)中Tb~(3+)离子的荧光寿命计算了Tb~(3+)与Eu~(3+)离子间的能量传递效率,并根据荧光寿命与激活离子掺杂浓度的关系证实了能量传递机制为电偶极间相互作用。     

Yb3+/Er3+/Gd3+掺杂Lu2O3、Y2O3荧光粉的上转换发光及温度特性

通过溶胶-凝胶法制备了Er~(3+)、Yb~(3+)和Gd~(3+)共掺杂的Y_2O_3、Lu_2O_3荧光粉,并研究了其上转换发光和温度敏感特性。在980 nm激光激发下,样品辐射出明亮的绿光、红光和弱的紫外光。并讨论了紫外区Er~(3+)→Gd~(3+)的能量传递。利用荧光强度比方法研究了基于Er~(3+)的~2H_(11/2)和~4S_(3/2)两个热耦合能级在313～573 K范围内的光学温度传感特性,当Gd~(3+)离子掺杂浓度为10%时,样品的灵敏度最大为0.005 91 K~(-1)。     

Li~+,Zn~(2+),Mg~(2+)掺杂Lu_2O_3∶Er~(3+)荧光粉的制备及发光特性

用微波高温固相法合成了Er~(3+)单掺Lu_2O_3,Li~+与Er~(3+)共掺Lu_2O_3及Li~+,Zn~(2+),Mg~(2+)掺杂Lu_2O_3∶Er~(3+)的荧光粉。实验表明金属离子Li~+、Zn~(2+)、Mg~(2+)、Er~(3+)掺杂Lu_2O_3,不影响Lu_2O_3的立方晶相。扫描电子显微镜测量表明,Li~+掺杂可以有效改善粉体的分散性和形貌,Li~+,Zn~(2+),Mg~(2+)共掺杂获得的粉体颗粒分布更加均匀,粒径范围为80～100 nm。379 nm激发下,Li~+与Er~(3+)共掺样品发光较单掺Er~(3+)样品在565 nm处的发光增强了4.5倍,而Li~+、Zn~(2+)、Mg~(2+)与Er~(3+)共掺样品较其发光增强5.3倍。980 nm激发下,Li~+与Er~(3+)共掺样品,Li~+、Zn~(2+)、Mg~(2+)与Er~(3+)共掺样品的发光分别比单掺Er~(3+)样品在565 nm处发光增强23倍与39倍,在662 nm处发光强度分别增强20倍与43倍。379 nm激发下,较单掺Er~(3+)的样品,掺杂Li~+的样品和Li~+,Zn~(2+),Mg~(2+)和Er~(3+)共掺的样品荧光寿命均有所增加,而Zn~(2+)、Er~(3+)共掺及Mg~(2+)、Er~(3+)共掺样品的荧光寿命则有所缩短。     

LaF_3纳米晶体中Sm~(3+)/Eu~(3+)能量传递效应的光谱学特性（英文）

采用水热合成法,在较低的温度下制备了分散性,均匀性良好的LaF_3:Sm~(3+),LaF_3:Eu~(3+)和LaF_3:Sm~(3+)/Eu~(3+)纳米晶体样品。通过X射线衍射(XRD),透射电子显微镜(TEM)和光致发光(PL)等手段,分别对Sm~(3+)/Eu~(3+)单掺和共掺LaF_3纳米晶体的物相,表面形貌,晶粒尺寸和荧光特性进行了表征。XRD和TEM检测结果显示,所制备的LaF_3纳米晶体呈六方晶体相,平均粒径在40 nm左右。当采用波长为442 nm的He-Cd连续激光器激发Sm~(3+)/Eu~(3+)共掺LaF3样品中的Sm~(3+)时,在样品发射光谱中观测到了Eu~(3+)的特征荧光发射谱线,实现了Sm~(3+)向Eu~(3+)的能量传递。采用光谱学研究方法讨论了能量传递的机理和效率。结果表明,能量传递过程是Sm~(3+)的~4G_(5/2)激发态与Eu~(3+)的~5D_1和~5D_0激发态之间的交叉驰豫所致,并且随着Eu~(3+)的掺杂浓度的增大,共掺LaF_3:Sm~(3+)/Eu~(3+)样品的发射谱中的Eu~(3+)的特征荧光发射强度也随之增强,这说明增加受主Eu~(3+)的掺杂浓度能够有效地提高Sm~(3+)→Eu~(3+)能量传递的效率。     

纳米NaYb_(1-x)F_4:Er_x~(3+)中Er~(3+)/Yb~(3+)掺杂浓度变化引起的相变和发光增强

在Yb~(3+)和Er~(3+)共掺杂氟化物纳米体系中,2%Er~(3+)掺杂浓度为上转换发光的最佳浓度,高于这个浓度,随着Er~(3+)掺杂浓度的增加,将发生严重上转换发光浓度猝灭,已为人们广泛认知和接受。本文合成了不同Er~(3+)/Yb~(3+)掺杂浓度比的NaYb_(1-x)F_4∶Er_x~(3+)系列上转换发光纳米粒子。通过扫描电镜、XRD和荧光光谱等分析方法对这些合成的样品进行了表征。研究结果表明,当Er~(3+)/Yb~(3+)掺杂浓度比在0.02/0.98～0.2/0.8和0.6/0.4～0.8/0.2范围时,合成的NaYb_(1-x)F_4∶Er_x~(3+)纳米粒子分别为α相和β相结构;而特别值得注意的是,当掺杂浓度比在0.3/0.7～0.4/0.6范围时,合成的纳米粒子为从α相向β相过渡的α相和β相共存相结构。Er~(3+)/Yb~(3+)最佳掺杂浓度比分别为0.02/0.98和0.4/0.6的两种α相和β相共存相结构的纳米粒子都展现了非常好的上转换发光增强。这些结果对于理解稀土离子浓度发光猝灭机制,提高上转换发光效率,促进稀土纳米发光材料在新型光源、生物医学和激光等领域的应用都具有重要的科学研究意义和启发作用。     

Sc_2(WO_4)_3∶Er~(3+)/Yb~(3+)的上转换发光及其温度传感特性

通过高温固相法制备出一系列新型上转换材料Sc_2(WO_4)_3∶Er~(3+)/Yb~(3+)。在980 nm激光激发下,Sc_2(WO_4)_3∶Er~(3+)/Yb~(3+)样品发出肉眼可见的强绿光。利用荧光光度计测得样品的发光光谱,在500～600 nm之间有强绿光发射,分别归因于Er~(3+)的~2H_(11/2)→~4I_(15/2)和~4S_(3/2)→~4I_(15/2)跃迁发射。在650～700 nm位置处,有对应于Er~(3+)离子~4F_(9/2)→~4I_(15/2)跃迁的较弱的红光发射。随着掺杂浓度的变化,样品的红绿分支比发生变化。当样品掺杂Er~(3+)浓度为0.05%、Yb~(3+)浓度等于0.1%时,样品发射的绿光强度是红光强度的27倍。另外,利用荧光强度比方法研究了Er~(3+)的两个热耦合能级在303～573 K范围内的发光温度特性。393 K时,样品的灵敏度达到最大为0.006 8 K~(-1)。对比于其他荧光粉材料,Sc_2(WO_4)_3∶Er~(3+)/Yb~(3+)的灵敏度处于较高水平,在实际测温中具有更好的应用前景。     

烧结温度和掺杂浓度对Y_4Zr_3O_(12)∶Eu~(3+)荧光粉发光性质的影响

采用溶胶凝胶法制备了Y_4Zr_3O_(12)∶Eu~(3+)纳米荧光粉,分别采用XRD、TEM和荧光光谱仪对样品的结构、形貌和发光性能进行了表征,探讨了烧结温度和Eu~(3+)掺杂浓度对荧光粉发光性能的影响。结果表明,样品可以被394 nm和467 nm的激发光有效激发。样品的最佳烧结温度和Eu~(3+)离子的最佳掺杂摩尔分数分别为1 400℃和18%。浓度猝灭主要归因于电偶极-电偶极相互作用。     

磁控溅射制备Er~(3+)/Yb~(3+)共掺杂TiO_2薄膜的上转换发光特性

采用射频磁控溅射法制备得到Er~(3+)/Yb~(3+)TiO_2薄膜,980 nm的抽运源作用下上转换可以得到490 nm的绿光和670 nm的红光,上转换红、绿光发光强度受到烧绿石Er_xYb_(2-x)Ti_2O_7晶体的生成以及Er~(3+)/Yb~(3+)掺杂浓度的影响,实验表明,适量共掺杂Er~(3+)/Yb~(3+)可明显增强上转换发光,Er~(3+)在上转换发光中起主要作用,而引入敏化离子Yb~(3+)可以大大提高上转换发光效率,磁控溅射法制备的TiO_2薄膜声子态密度较小,从而抑制了无辐射跃迁过程,导致490nm绿光形成以及红光强度大于绿光强度。     

K2MgSiO4:Eu3+,Tb3+荧光粉的发光性质和能量传递

采用高温固相法合成K_2MgSiO_4∶Eu~(3+),Tb~(3+)系列荧光材料.通过X射线衍射谱、光致发光谱以及荧光寿命对材料的物相结构和发光性质进行了表征和研究.结果表明:系列样品的X射线衍射图谱衍射峰与标准卡片吻合得很好,实验浓度范围内Eu~(3+)、Tb~(3+)单掺或共掺没有改变K_2MgSiO_4的晶体结构.由材料的光致发光谱可以看出:Eu~(3+)单掺K_2MgSiO_4样品在394nm(~(7 )F_0→~(5 )L_6)激发下,显示主峰为613nm(~(5 )D_0→~7F_2)处的红光发射;Tb~(3+)单掺K_2MgSiO_4样品在378nm(~(7 )F_6→~(5 )G_6)激发下,显示主峰为542nm(~(5 )D_4→~7F_5)处的绿光发射.当Eu~(3+)和Tb~(3+)共掺于K_2MgSiO_4基质中时,样品呈现出Eu~(3+)较强的特征发射,Tb~(3+)发射峰则较弱,并且随着掺入Tb~(3+)离子浓度的增加,Eu~(3+)的发射明显增强,Tb~(3+)的发射没有明显变化.另外,当固定Eu~(3+)浓度,逐渐增加Tb~(3+)离子掺杂浓度时,Eu~(3+)的荧光寿命逐渐增加;固定Tb~(3+)浓度,逐渐增加Eu~(3+)离子掺杂浓度时,Tb~(3+)的荧光寿命逐渐减小.这些现象确定了K_2MgSiO_4∶Eu~(3+),Tb~(3+)荧光材料中存在Tb~(3+)→Eu~(3+)的能量传递关系,使得K_2MgSiO_4基质中Eu~(3+)红光发射得到改善和提高.     

Dy~(3+),Sm~(3+)共掺杂Ca_2A1[AlSiO_7]荧光粉的发光性质研究

采用高温固相反应法合成了一系列Dy~(3+)、Sm~(3+)单掺杂和共掺杂铝方柱石发光材料,详细地研究了Dy~(3+)、Sm~(3+)掺杂对铝方柱石的结构和发光性质的影响。XRD结果表明Dy~(3+)、Sm~(3+)离子单掺杂和共掺杂样品均形成了单相的铝方柱石结构化合物,并没有改变基质的晶体结构。发光光谱表明,通过调节Dy~(3+)、Sm~(3+)离子的掺杂比例,发光颜色可实现从黄色到黄白色的可控调节。此外,发射和激发光谱表明,Dy~(3+)与Sm~(3+)离子之间存在有效的光谱重叠,暗示着Dy~(3+)→Sm~(3+)的能量传递。荧光寿命衰减结果进一步证实Dy~(3+)与Sm~(3+)离子之间是一种无辐射共振能量传递方式。     

Eu~(3+)掺杂浓度及基质氧空位对Ca~(2-x)Eu_xSnO_4发光性能的影响

采用高温固相法制备Ca_(2-x)SnO_4:xEu~(3+)(x=0,0.001,0.005,0.01,0.015,0.02)发光材料,分别在空气和真空氛围中进行烧结,研究Eu3+掺杂浓度及基质中氧空位对样品发光性能的影响。随着Eu~(3+)离子浓度的增加,发射强度呈逐渐增大的趋势,主发射峰由两个分别位于614 nm和618 nm的峰逐步合为一个位于616nm的发射峰。在Ca_(2-x)SnO_4∶xEu~(3+)样品的激发光谱中,存在着200~295 nm的Eu~(3+)-O~(2-)电荷迁移带,随着Eu~(3+)离子浓度的增加,电荷迁移带的峰位由271 nm红移到286 nm。此外,在Eu~(3+)离子掺杂浓度相同的情况下,真空中烧结得到样品的发光强度是空气中烧结得到样品的2倍。这是由于在真空氛围中烧结产生的氧空位增加使得传导电子密度升高,导致发光强度增加。而且,氧空位的增加导致电子陷阱的增多,这使得Ca_(2-x)SnO_4∶xEu~(3+)样品的余辉性能得到了很大程度的提高。     

Eu~(3+)离子激活荧光粉Ca_(1.9)Eu_(0.1)NaMg_(2-x)Zn_x(VO_4)_3(0≤x≤1)的发光性质

采用固相反应法合成了Eu~(3+)离子激活的Ca_(1.9)Eu_(0.1)NaMg_(2-x)Zn_x(VO_4)_3(0≤x≤1),并研究了其发光和热猝灭性能。经粉末X射线衍射确认,反应产物由目标相和微量杂质相EuVO_4构成。在355 nm激发下,样品中均能同时观察到来自[VO_4]_3-基团和Eu~(3+)离子的特征发光。研究结果表明:随着x值的增加,上述两种发光的强度均先增加后降低;而它们的最强激发峰位置由347 nm逐渐地红移至356 nm,Stokes位移也逐渐地减小。这种现象应归因于Zn3d轨道和O2p轨道间很强的轨道杂化效应,这种效应随着x值的增加而逐渐增强。此外,Eu~(3+)离子荧光发射强度最大值对应的x值与自激活荧光的不同。当x=1.0时,两者的相对强度差别最大。经荧光热猝灭测试确认,上述现象是由样品中的自激活荧光表现出比Eu~(3+)离子荧光更严重的荧光热猝灭造成的。因而,在紫外光激发下,样品发出荧光的颜色具有温度敏感性。     

基于 Eu~(3 +)还原制备 Eu~(3 +)-Eu~(2 +)共存发光材料的研究进展

稀土Eu元素因其优良的光学特性常被作为激活离子广泛应用于无机发光材料中。激活离子的发光性质由自身的价态决定,同时受基质晶体结构影响。不同价态的Eu离子呈现不同的光学特性,当二者共存时有可能得到单一基质的白光。本文主要综述近几年Eu~(3+)-Eu~(2+)共存于铝酸盐、磷酸盐、硅酸盐及硼酸盐基质中的荧光性能、Eu~(3+)的还原条件及还原机理。     

氧化硅薄膜中掺杂Tb~(3+)离子的发光敏化

采用溶胶-凝胶法在硅片上制备了掺杂稀土离子Tb~(3+)的SiO_2薄膜,并用荧光分析方法研究了薄膜的发光特性,对发光效果的提升途径做了探索和分析。在245 nm波长的激发下,能够观察到Tb~(3+)的5D4-7FJ(J=6,5,4,3)的跃迁发射峰。对于Tb~(3+)离子的高浓度掺杂体系,在掺入富Si或Al~(3+)离子后,浓度猝灭效应能得到明显改善。同时掺入两种激活剂的样品发光强度较只掺Al~(3+)的样品大了近一倍。此外,氩气氛退火引入氧空位缺陷也能使样品的发光强度有较大提升,氩气氛退火的最佳温度为1 200℃。