Er3+掺杂SiO2复合的Al2O3粉末结构及光致发光特性

采用溶胶-凝胶(sol-gel)工艺制备0.1 mol% Er³⁺掺杂Al₂O₃体系和SiO₂-Al₂O₃复合体系粉末. 实验结果表明：5 mol%的SiO₂复合加入Al₂O₃抑制γ→θ和θ→α相转变. 掺0.1 mol%Er³⁺:Al₂O₃体系粉末，900℃烧结，在1.47—1.63μm波段内光致发光(PL)谱为中心波长1.53 μm、半高宽56 nm的单一宽峰，1000—1200℃烧结，劈裂为多峰PL谱. 掺0.1 mol%Er³⁺:SiO₂-Al₂O₃复合体系粉末，在高达1200℃烧结，仍保持中心波长1.53 μm的单一宽峰PL谱，由于—OH更完全的脱除，PL强度较900℃烧结Al₂O₃体系，SiO₂-Al₂O₃复合体系均提高1个数量级. 关键词： 2-Al₂O₃复合体系')" href="#">SiO₂-Al₂O₃复合体系 掺铒 溶胶-凝胶工艺 光致发光     

γ-Al_2O_3高温相变的激光Raman光谱研究

通过不同波长的Raman激发光对γ-Al2O3的高温相变过程进行了研究。发现用632.8 nm激发光测得的位于1175、1241cm-1和1370、1400cm-1,对应于514.5 nm激发光时位于4808、4875cm-1和5003、5033cm-1的谱峰均是Al2O3中杂质的荧光光谱。较低波数的二个谱峰与θ-Al2O3有关,而较高波数的二个谱峰与α-Al2O3有关。随着焙烧温度升高,从800℃开始γ-Al2O3逐渐向θ-Al2O3和α-Al2O3转变,θ-Al2O3的谱峰强度在1100~1200℃焙烧时最大,当温度继续升高到1250℃全部转变成α-Al2O3,并且Al2O3的相变是从表层开始的。     

溶胶-凝胶法制备SiO2基片Er3+∶Al2O3光学薄膜

用溶胶凝胶法在SiO2 基片上提拉制备了掺Er3 + ∶Al2 O3 光学薄膜。采用扫描电子显微镜、原子力显微镜、差热热重分析仪、X射线衍射仪研究了掺Er3 + ∶Al2 O3 光学薄膜的形貌和结构特性。在 90 0℃烧结后 ,SiO2 基片上提拉 15次形成厚度 8μm掺摩尔比 0 .0 1Er3 + 的面心立方结构γ Al2 O3 薄膜具有明显 (110 )择优取向 ,掺摩尔比 0 .0 1Er3 + 对γ Al2 O3 的晶体结构和结晶生长过程未产生显著影响。薄膜具有均匀多孔结构 ,平均粒径为 30～ 10 0nm ,平均孔径为 5 0～ 10 0nm ,表面起伏度为 10～ 2 0nm。掺摩尔比 0 .0 1Er3 + ∶γ Al2 O3 薄膜 ,获得了中心波长为1.5 34μm(半峰全宽为 36nm)的光致发光谱。     

溶胶—凝胶法制备SiO2基片Er^3＋：Al2O3光学薄膜

用溶胶—凝胶法在SiO2基片上提拉制备了掺Er^3 ：Al2O3光学薄膜。采用扫描电子显微镜、原子力显微镜、差热—热重分析仪、X射线衍射仪研究了掺Er^3 ：Al2O3光学薄膜的肜貌和结构特性。在900℃烧结后，SiO2基片上提拉15次形成厚度8μm掺摩尔比0．01Er^3 的面心立方结构γ-Al2O3薄膜具有明显(110)择优取向，掺摩尔比0．01Er^3 对γ—Al2O3的品体结构和结晶生长过程木产生显著影响。薄膜具有均匀多孔结构，平均粒径为30～100nm，平均孔径为50～100nm，表面起伏度为10～20nm。掺摩尔比0．01Er^3 ：rAl2O3薄膜，获得了中心波长为1．534μm(半峰全宽为36nm)的光敛发光谱。     

Sol-gel法制备Er3+-Yb3+共掺杂Al2O3粉末光致发光特性

采用异丙醇铝[Al(OC₃H₇)₃]为前驱体,溶胶-凝胶(Sol-gel)法制备Er³⁺-Yb³⁺共掺杂Al₂O₃粉末.实验结果表明:900 ℃烧结的粉末为固溶Er³⁺、Yb³⁺的γ-(Al,Er,Yb)₂O₃相和少量θ-(Al,Er,Yb)₂O₃相的混合物.Er³⁺-Yb³⁺共掺杂Al₂O₃粉末具有中心波长为1.533 μm的光致发光(PL)特性.1 mol % Er³⁺和1 mol% Yb³⁺共掺杂的Al₂O₃粉末的PL强度较1 mol % Er³⁺掺杂提高2倍,半峰宽从53 nm增加到63 nm.随泵浦功率的提高,PL强度呈线性增加后渐呈饱和趋势.     

γ-Al2O3高温相变的XRD和Raman光谱比较研究

采用XRD和Raman光谱研究了γ-Al2O3的高温相变.Raman结果表明,位于1 175,1 241 cm-1和1 370,1 400 cm-1的2组谱峰是杂质Fe3 和(或)Cr3 在θ-Al2O3和α-Al2O3环境中产生的荧光光谱,用这2组峰来指认θ-Al2O3和α-Al2O3物相比XRD更灵敏.因此,Raman技术能高灵敏地表征γ-Al2O3的高温相变过程.结果表明γ-Al2O3从800 ℃开始发生相变,γ-Al2O3同时向θ-Al2O3和α-Al2O3转变,随着温度的升高最终完全转变成α-Al2O3.相变温度与样品本身有关.     

退火温度对Er/Yb共掺Al2O3薄膜的光致荧光光谱的影响

通过对不同退火条件下Er/Yb共掺Al2O3薄膜光致荧光(PL)光谱的系统分析,研究了高Er/Yb掺杂浓度所导致的晶体场变化对薄膜PL光谱的影响,并结合薄膜结构分析,探讨了Al2O3薄膜的结晶状态在Er3+激活、PL光谱宽化中的作用及可能的物理机理.研究结果表明:退火处理所导致的Er3+ PL光谱的变化与薄膜的微观状态之间有着密切的联系.在600-750℃范围内,薄膜呈非晶态结构,薄膜荧光强度的增加主要是薄膜内缺陷减少所致;在800-900℃范围内,γ-Al2O3相的出现是导致荧光强度明显增加的主要原因;当退火温度为1000℃时,Er,Yb的大量析出致使荧光强度的急剧下降.此外,对PL光谱线形分析表明,各子能级跃迁的相对强度变化是导致荧光光谱宽化的主要因素.     

Y2O3:Er3+纳米晶anti-Stokes发光性质的研究

采用均相沉积法制备了不同Er3+离子浓度掺杂的Y2O3纳米晶,应用XRD,SEM和PL光谱对该体系材料进行了表征.在Y2O3:Er3+纳米材料体系中,观察和研究了Stokes及anti-StokesPL谱强度与Er3+离子摩尔浓度变化的关系,当Er3+离子浓度为2.0mol%时,anti-Stokes PL强度最强.粉末XRD和SEM照片分别表明:制备的Y2O3:Er3+纳米材料具有立方相结构,且粒径分布均匀.实验结果证明:anti-Stokes PL来自于这个体系中的双光子吸收过程.     

Al2O3:Fe3+体系晶格局域结构的EPR理论研究

本文通过分析Al2O3∶Fe3+体系中Fe3+离子的EPR谱,研究Fe3+的局域晶体结构结果表明Al2O3∶Fe3+的局域结构存在各向异性膨胀.用拟合EPR谱的低对称参量D和(a-F)实验值的方法,求得两个三棱锥的棱与C3轴的夹角分别为θ1=46.54°和θ2=61.26°,相对于原Al2O3结构的畸变角分别是Δθ1=-1.1°±0.1°,Δθ2=-1.8°.两畸变角同时均小于0说明Al2O3∶Fe3+体系中含Fe3+离子的晶格主要产生沿C3轴的伸长畸变.     

CaO-SiO_2-Al_2O_3渣系连铸保护渣结构的拉曼光谱研究

在高铝钢连铸过程中,钢水中的Al与CaO-SiO2基连铸保护渣中的SiO2反应导致保护渣中SiO2含量降低而Al2O3含量大幅增加,CaO-SiO2基转变为CaO-SiO2-Al2O3基连铸保护渣而影响高铝钢连铸,所以研究CaO-SiO2基向CaO-SiO2-Al2O3基保护渣转变过程中结构上发生的变化有助于开发出满足高铝钢连铸需求的保护渣。本文利用拉曼光谱研究了CaO-SiO2基和CaO-SiO2-Al2O3基连铸保护渣的结构特点。研究结果表明,CaO-SiO2基保护渣主要由Q0,Q1,Q2和Q3等微结构单元构成的硅酸盐网络结构;当转变为CaO-SiO2-Al2O3基保护渣后,渣样中的网络破坏体优先用于破坏硅酸盐网络结构,当渣中SiO2含量较低时,部分网络破坏体会促进Al 3+形成[AlO4]四面体结构。渣中生成的[AlO4]四面体会进入硅酸盐网络结构形成铝硅酸盐网络结构,以Al-O-Al或Al-O-Si等方式连接,导致渣样结构变得复杂多变。使用Li2O对Na2O和CaO对MgO等摩尔替代研究表明相同价态离子之间的替换能够改变[AlO4]四面体在硅酸盐网络结构上的连接方式,导致CaO-SiO2-Al2O3基保护渣渣样结构易受成分变化而改变;CaF2对CaO等摩尔替代研究发现,当渣中CaF2小于13mol%,CaF2促进渣样网络结构解体,当高于13mol%时,CaF2又会导致渣样聚合度增加。由此可见,在设计CaO-SiO2-Al2O3基保护渣时,既要考虑不同种类离子对渣样结构产生的影响,又要考虑离子含量的影响。     

Pr2O3,Sm2O3,Eu2O3及Dy2O3掺杂SrTiO3的发光光谱

SrTiO_3粉末分别用Pr_2O3、Sm_2O_3、Eu_2O_3以及Dy_2O_3掺杂处理后,以SrTiO_3能吸收的光波(≤387nm)激发后发出的荧光具有稀土离子的发光特征。     

Thermoelectric properties of Bi2Se3/Bi2Te3/Bi2Se3 and Sb2Te3/Bi2Te3/Sb2Te3 quantum well systems

In this work, we develop a theory of thermoelectric transport properties in two-dimensional semiconducting quantum well structures. Calculations are performed for n-type 0.1 wt.% CuBr-doped Bi₂Se₃/Bi₂Te₃/Bi₂Se₃ and p-type 3 wt.% Te-doped Sb₂Te₃/Bi₂Te₃/Sb₂Te₃ quantum well systems in the temperature range 50–600 K. It is found that reducing the well thickness has a pronounced effect on enhancing the thermoelectric figure of merit (ZT). For the n-type Bi₂Se₃/Bi₂Te₃/Bi₂Se₃ with 7 nm well width, the maximum value of ZT is estimated to be 0.97 at 350 K and for the p-type Sb₂Te₃/Bi₂Te₃/Sb₂Te₃ with well width 10 nm the highest value of the ZT is found to be 1.945 at 440 K. An explanation is provided for the resulting higher ZT value of the p-type system compared to the n-type system.     

Spectroscopic properties of the Pr3+ ion in TeO2-WO3-PbO-La2O3 and TeO2-WO3-PbO-Lu2O3 glasses

The goal of this work was to investigate the spectroscopic properties of Pr³⁺ ions, embedded in two different tellurite glass matrices, TeO₂-WO₃-PbO-La₂O₃ and TeO₂-WO₃-PbO-Lu₂O₃. The absorption and fluorescence spectra have been recorded and analyzed in terms of the Judd-Ofelt theory along with the luminescence decay of the ³P₀ and ¹D₂ levels of the Pr³⁺ ion. The spectroscopic studies were completed with ellipsometric measurements providing the dispersion relation of the refractive index of the investigated glasses.     

Spectroscopic properties of Er3+-doped AlF3-La2O3-Al2O3-SiO2 glasses

Er3+-doped fluoride lanthanum aluminosilicate glasses with compositions of (65- x/2)SiO2 · (25 -and their glass transition temperatures and spectroscopic properties were investigated. The Ω2, Ω4, and Ω6 intensity parameters of glasses were calculated by Judd-Ofelt theory from absorption curves. It was found that glasses transition temperature and melting temperature decreased with the increase of fluoride content in glass, Ω2 decreased gradually with the increase of AlF3 content, but both Ω4 and Ω6 did not increase until AlF3 content increased to 30 mol%. The quantum efficiency of 4I13/2 to 4I15/2 transition of Er3+ ions increases with the increase of AlF3 content in glass. Fluorescent lifetime is longer in glass containing more AlFa content.     

对含Y_2O_3和Gd_2O_3的La_2O_3-B_2O_3-BaO玻璃化学稳定性研究

本文研究了含Ｙ２Ｏ３和Ｇｄ２Ｏ３的Ｌａ２Ｏ３－Ｂ２Ｏ３－ＢａＯ玻璃的耐水性和耐酸性。结果表明，比硅酸盐玻璃化学稳定性差的Ｌａ２Ｏ３－Ｂ２Ｏ３－ＢａＯ玻璃，可以适量的用Ｙ２Ｏ３和Ｇｄ２Ｏ３取代Ｌａ２Ｏ３，可得以改善     

Dy~(3+)和Tb~(3+)掺杂镓硼锗硅酸盐玻璃发光性能

采用高温熔融法分别制备了高含量Tb~(3+)单掺和Dy~(3+)/Tb~(3+)共掺的镓硼锗硅酸盐(GBSG)发光玻璃,并分析了其光谱性能。根据Dy~(3+)和Tb~(3+)掺杂的镓硼锗硅酸盐(GBSG)玻璃的激发和发射光谱、荧光寿命衰减曲线等特性,探讨了Dy~(3+)与Tb~(3+)之间的能量传递关系。结果表明:玻璃的发光强度和荧光寿命随着Tb~(3+)、Dy~(3+)含量的增加而减少。与相同摩尔浓度的单掺玻璃相比,共掺玻璃发光强度的衰减速率先减慢而后加快。Tb~(3+)、Dy~(3+)离子之间的能量传递方式为无辐射共振能量传递和~4F_(9/2)+~7F_6→~6H_(15/2)+~5D_4交叉弛豫效应。     

K2O-ZnO-Al2O3-B2O3-SiO2系掺Cr3+透明莫来石微晶玻璃的研究

采用了X射线衍射、透射电镜和吸收光谱及荧光光谱技术研究了K2O－ZnO-Al2O3-B2O3－SiO2系掺Cr^3 玻璃的析晶性能和光谱。研究结果表明：在K2O－Al2O3-B2O3-SiO2系掺Cr^3 玻璃的基础上引入ZnO后，析晶性能明显改善；析晶温度降低，析出的纳米莫来石微晶均匀、规则；微晶玻璃的发光强度明显增强。     

Er3+掺杂的Bi2O3-B2O3-SiO2玻璃的光谱性质

测试了Bi₂O₃-B₂O₃-SiO₂玻璃中的Er³⁺离子的吸收光谱、发射光谱、⁴I_13/2的荧光寿命、拉曼光谱,及OH^-的傅里叶红外吸收光谱。应用Judd-Ofelt理论计算了该玻璃中的Er³⁺离子的J-O参数、振子强度、⁴I_13/2能级的寿命,从而利用测得的⁴I_13/2的荧光寿命得出了⁴I_13/2能级的量子效率(15%)。由于较低量子效率可能与OH^-有关,所以计算了玻璃中的OH^-浓度,发现其浓度较高(1.66×10¹⁹cm^-1,相当于Er³⁺浓度的3倍)。应用McCumber理论和四能级模型计算了Er³⁺离子的受激发射截面和荧光发射光谱的半峰全宽,结果与通过吸收光谱计算所得基本吻合。根据透射率和折射率的关系计算了折射率,发现和测量值相差很大,说明有较大的散射,通过拉曼光谱和显微镜测试,认为是玻璃中的微小气泡造成的。     

Mid-infrared emissions from Ho3+ in Ga2S3-GeS2-Sb2S3 glass

Emission properties were investigated in the infrared region for Ga₂S₃-GeS₂-Sb₂S₃ glasses doped with Ho³⁺. We performed Judd–Ofelt analysis and lifetime measurements of the ⁵I₄, ⁵I₅, and ⁵I₆ levels, which are the initial levels of the mid-infrared emissions between 3 to 5 μm of Ho³⁺. The quantum efficiencies reached approximately 18%, 64%, and ～100% for the ⁵I₄, ⁵I₅, and ⁵I₆, respectively. Population analyses were carried out from the relative intensities of the emissions in the near-infrared region. We investigated the dependences on the Ho³⁺ ion concentration of the population ratio of the initial levels to the final levels, [initial]/[final], of the mid-infrared emissions. The population ratio of [⁵I₅]/[⁵I₆] decreased with increase of the Ho³⁺ concentration while those of [⁵I₄]/[⁵I₅] and [⁵I₆]/[⁵I₇] increased. Particularly, the former, [⁵I₄]/[⁵I₅], rapidly increased because of the strong concentration quenching of the ⁵I₅ level through cross relaxation. It was found that the population inversion for the 4.8 μm emission due to the transition, ⁵I₄→⁵I₅, was achieved at high Ho³⁺ concentration in the present experiments.     

Tm3+掺杂SiO2-Al2O3-PbF2-AlF3玻璃的光谱特性

用高温熔融法制备了不同Tm3 摩尔分数掺杂的摩尔分数比为0.3(SiO2)…0.1(Al2O3)…0.1(AlF3)…0.5(PbF2)…x(Tm2O3)(摩尔分数x=0.5%,1.0%,2.0%,3.0%)玻璃。从吸收光谱特性出发,应用Judd-Ofelt理论,计算得到了Tm3 的J-O强度参量(Ω2,Ω4,Ω6)及Tm3 各激发能级的自发辐射跃迁概率、荧光分支比以及辐射寿命等光谱参量。在808nm波长的激光二极管激发下,研究了不同Tm3 掺杂摩尔分数下玻璃在约1.47μm与约1.8μm处的荧光特性,在掺杂摩尔分数约达到2.0%时,在1.8μm处的荧光强度达最大,然后随着掺杂摩尔分数的增大,其荧光强度反而降低。作者从Tm3 的交叉弛豫与摩尔分数猝灭效应解释了这一荧光强度变化的规律,同时,根据McCumber理论计算了Tm3 跃迁3H6→3F4的吸收截面和跃迁3F4→3H6的受激发射截面。