稀土纳米发光材料研究进展

稀土纳米发光材料明显不同于体相发光材料的特性已经成为近年来的热点研究课题,为了更好地探索其特性,综述了稀土纳米发光材料的研究进展,特别是掺杂Eu³⁺和Tb³⁺离子的稀土纳米发光材料。首先,归纳总结了稀土纳米发光粒子不同于体相材料的光谱特性,如电荷迁移带的红移、发射峰谱线的宽化、猝灭浓度的升高、荧光寿命和量子效率的改变等等;其次,概述了一维稀土纳米发光材料的制备与光谱性质,介绍了二维稀土纳米发光薄膜的图案化和介孔模板组装;最后,对其未来的发展趋势进行了展望。     

Eu3+:Y态效应2O3纳米微粒的尺寸效应和表面的研究

通过相同掺杂浓度但不同颗粒尺寸的Eu:Y2O3纳米晶,和相同颗粒尺寸但掺杂浓度不同的纳米晶的发光衰减曲线研究了表面态和限域作用对能量传递的影响.纳米晶与体材料相比,有更高的猝灭浓度,分析了纳米材料中发光中心的猝灭浓度提高的原因.由于纳米材料与体材料相比,纳米晶中的缺陷密度很小,纳米晶中有较少的体猝灭中心.选择合适的颗粒尺寸并对其进行表面修饰,将获得较高发光效率和较高的猝灭浓度.     

稀土掺杂的纳米发光材料的制备和发光

概述了用溶胶-凝胶法制备的纳米Y2SiO5：Eu及燃烧法合成的纳米Ln2O3：Eu(Ln=Y,Gd)的发光性质,包括它们的激发光谱、发射光谱、荧光寿命,以及这些性质随颗粒尺寸的变化。着重介绍了稀土掺杂的纳米发光粉中浓度猝灭受到抑制的现象,认为这一特性为纳米发光材料的实际开发应用展示了广阔的前景。文中还对X1型Y2SiO5：Eu纳米粉中的不同发光中心的发光,和它们之间的能量传递作了讨论。     

纳米Y2—xSi2O7：Eux的发光特性及浓度猝灭研究

报道了用溶胶－凝胶法合成粒径约５０ｎｍ的系列掺杂浓度Ｙ２－ｘＳｉ２Ｏ７：Ｅｕ纳米晶体及相应的常规尺度的粉末材料,通过测定它们的激光光谱和发射光谱研究了它们的发光牧场生,并由一系列不同掺杂浓度样品的发射谱强度变化曲线得到猝灭浓度的值。结果表明,低掺杂浓度时纳米晶体有就有较高的发光亮度;且与体材料相比,纳米晶体且晚高的发光猝浓度。     

Eu^3＋：Y2O3纳米微粒的尺寸效应和表面态效应的研究

通过相同掺杂浓度但不同颗粒尺寸的Ｅｕ：Ｙ２Ｏ３纳米晶，和相同颗粒尺寸但掺杂浓度没的纳米晶的发光衰减曲线研究了表面态和限域作用对能量传递的影响。纳米晶与体材料相比，有更高的猝灭浓度，分析了纳米材料中发光中心的猝灭浓度提高的原因。由于纳米材料与体材料相比，纳米晶中的缺陷密度很小，纳米晶中有较少的体猝灭中心。选择合适的颗粒尺寸并对其进行表面修饰，将获得较高发光效率和较高的猝灭浓度。     

Eu~(3+):Y_2O_3纳米微粒的尺寸效应和表面态效应的研究

通过相同掺杂浓度但不同颗粒尺寸的Ｅｕ：Ｙ２Ｏ３纳米晶，和相同颗粒尺寸但掺杂浓度不同的纳米晶的发 光衰减曲线研究了表面态和限域作用对能量传递的影响。纳米晶与体材料相比，有更高的猝灭浓度，分析了纳 米材料中发光中心的猝灭浓度提高的原因。由于纳米材料与体材料相比，纳米晶中的缺陷密度很小，纳米晶中 有较少的体猝灭中心。选择合适的颗粒尺寸并对其进行表面修饰，将获得较高发光效率和较高的猝灭浓度。     

Yb3+,Tm3+离子掺杂浓度对NaYF4：Yb3+,Tm3+发光光谱的影响

利用高温热溶剂法合成了不同Yb³⁺和Tm³⁺掺杂浓度的NaYF₄：Yb³⁺,Tm³⁺上转换发光纳米粒子。利用扫描电子显微镜、X射线衍射分析、荧光光谱对样品进行形貌和发光性质的表征。结果表明,不同Yb³⁺和Tm³⁺离子掺杂浓度对纳米粒子的上转换发光性质有很大影响。随着Tm³⁺离子浓度的提高,Tm³⁺离子之间的浓度猝灭和交叉弛豫效应对发光强度的影响愈来愈显著,导致纳米粒子的发光猝灭;同样,随着Yb³⁺浓度的提高,纳米粒子的发光强度也是先增大后减小,这是因为Yb³⁺离子浓度掺杂过高导致发光猝灭。     

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。     

稀土离子掺杂钙钛矿纳米晶的光学性质和应用

近年来,钙钛矿纳米晶由于具有优异的光电性质,在发光、光电转换等领域获得了广泛的研究,已然成为科研界的"明星材料".然而,钙钛矿纳米晶存在一些不足之处(例如稳定性差、光谱仅限于可见光区等),限制了其应用.稀土离子具有丰富的4f能级和特殊的电子构型,因此,将稀土离子掺杂到钙钛矿纳米晶中,能够显著提升材料的光电性质,并改善稳...     

Yb~(3 )离子掺杂浓度对Yb∶YAG晶体发光及荧光寿命的影响

研究了不同掺杂浓度Yb∶YAG晶体的发光特性和荧光寿命·Yb3 在YAG晶体中的掺杂浓度分别为5at%、10at%、20at%、30at%·Yb3 离子掺杂浓度越高,Yb∶YAG晶体的吸收系数越大·采用940nm波长的LD泵浦源和TRIAX550荧光谱仪,对这一系列掺有不同浓度Yb3 的Yb∶YAG晶体进行了荧光光谱的测定.结果表明:在1030nm主发光波段的荧光强度以10at%Yb∶YAG的为最强·同时发现它在450nm~680nm波段有明显的可见发光,其强度随Yb3 掺杂浓度的增加而迅速地增强·Yb∶YAG晶体的荧光寿命存在浓度猝灭现象,对猝灭机制进行了分析研究,指出浓度猝灭的主要原因是合作发光和痕量稀土离子的上转换发光·     

纳米晶体中稀土离子的发光性质及其变化机理研究

近年来, 纳米晶体中稀土离子发光性质的研究越来越受到人们的广泛关注, 这是因为纳米稀土发光材料在发光、高清显示、光电子纳米器件、生物荧光标记、激光和闪烁体等众多领域有着重要的应用前景。本项目采用软化学合成方法如水热法、溶胶-凝胶法等, 通过合成工艺的调控, 设计并合成出一系列不同颗粒尺寸、分散均匀、形貌可控的稀土离子掺杂氧化物(氟化物)微/纳米晶体, 利用激发、发射、漫反射以及高分辨激光光谱等光谱分析手段对其发光性质进行研究, 弄清影响发光行为的本质原因。同时, 结合光谱实验数据, 利用密度泛函理论和复杂晶体化学键介电理论方法进行理论计算, 成功解释了光谱变化规律和不同稀土离子间能量传递机理, 为相关稀土光谱研究奠定了理论和实验基础。     

稀土固体发光研究中的几个化学问题

文章综述了近年来在稀土固体发光研究中的几个主要化学问题,着重讨论了化学组成及晶体结构对稀土离子在固态基质中发光的影响。     

稀土Tb3+掺杂纳米ZnO的发光性质

ZnO是一种优良的直接宽带隙半导体发光材料(Eg=3.4 eV),具有优异的晶格、光学和电学性质,稀土离子掺杂浓度和热处理温度对ZnO∶Re3 纳米晶发光强度、峰位变化等光学性质具有重要影响.利用溶胶-凝胶法(Sol-Gel),在不同退火温度下,制备了不同浓度的ZnO∶Tb3 纳米晶.室温下,测量了样品的X射线衍射谱(XRD)、光致发光谱(PL)和激发谱(PLE).观察到纳米ZnO基质在520 nm附近宽的绿光可见发射和稀土Tb3 在485,544,584和620 nm附近的特征发射.通过ZnO基质可见发射强度和稀土Tb3 特征发射强度随Tb3 掺杂浓度、退火温度的变化关系,获得了5D4→7F5跃迁的绿色主发射峰最强的样品制备工艺参数,其退火温度为600℃、掺杂浓度为4 at%;给出了稀土Tb3 的激发态5D4→7F6(485 nm),5D4→7F5(544 nm)和5D4→7F4(584 nm)的发射机制;证实了稀土Tb3 与纳米ZnO基质之间存在双向能量传递.     

Luminescence of yttrium niobium-tantalate doubly activated by europium and/or terbium under X-ray and electron beam excitation

This paper reports the luminescence emission spectra of Y(Ta,Nb)O₄ activated by rare earth ions such as Eu³⁺ and Tb³⁺. The influence of these rare earth ions on the luminescence of yttrium niobium-tantalate phosphors was investigated. The luminescent properties were studied under X-ray and electron beam excitations. Under these excitations, the emission centers of the rare earth activators (Eu³⁺,Tb³⁺) were found to contribute efficiently to the overall luminescence. Changing the mol concentration of the incorporated activators resulted in a broad variation of visible photoluminescence. Color cathodoluminescence images showed clearly the dependence of chromaticity on the different activators. With their various luminescence chromaticities, these rare earth activated phosphors are promising materials for solid-state lighting applications as well as for X-ray intensifying screens in medical diagnosis, providing a broad variation of visible photoluminescence from blue to red.     

La、Ce掺杂ZnO纳米晶的发光特性

共沉淀法制备了稀土镧、铈掺杂的ZnO半导体纳米晶。X射线衍射(XRD)结果表明:掺杂的ZnO纳米晶为六方纤锌矿结构,随掺杂浓度增加ZnO粒径减小。对铈掺杂纳米ZnO,以波长380nm激发,在443nm处出现了半峰宽较窄的强的蓝光发射峰;镧掺杂ZnO纳米晶则为从418~610nm的多峰宽带发射。     

邻苯二甲酸铕锶络合物体系荧光的增强

稀土荧光络合物研究中借用无机械土掺杂的办法也可以实现以络合物为基质的低浓度的稀土发光。邻苯二甲酸铕锶络合物的发光就属于此类。实验结果表明,采用其他金属离子,如锰等共掺杂的办法可以使邻苯二甲酸铕锶络合物体系的荧光得到进一步增强,这是由于其他金属离子对稀土离子有能量传递效应,起敏化作用而使荧光增强。或者加入第二种配体也可以使荧光增强。共掺杂络合物的红外光谱中羧基的对称,反对称伸缩振动及ＣＣ骨架振动均发     

五磷酸铈晶体中Ln3+对Ce3+发光强度的影响

采用蒸发溶液法生长出一系列Ce0.9Ln0.1P5O14晶体。研究了晶体中Ln3+对Ce3+发光强度的影响。观察到,La3+,Lu3+和Y3+起稀释作用,使Ce3+的发光强度降低;加入一定量的Pr3+或Gd3+能使Ce3+的发光增强;Nd3+,Sm3+、Tb3+、Dy3+、Ho3+、Er3+或Tm3+等离子与Ce3+的能级有重叠,它们之间存在着竞争吸收或能量转移,从而使Ce3+的发光减弱。本文发现Eu3+和Yb3+对Ce3+有严重的猝灭作用。     

Effect of doping concentration and annealing temperature on luminescence properties of Y2O3:Eu3+ nanophosphor prepared by colloidal precipitation method

Eu³⁺ doped Y₂O₃ nanophosphors have been synthesized using the simple colloidal precipitation method. Doping of Eu³⁺ ions in host yttria lattice has been achieved through slow re-crystallization process under wet-chemical conditions followed by annealing at high temperatures (300–1400 °C). The nanophosphors were characterized by using powder X-ray diffraction (XRD), thermogravimetric analysis (TGA), atomic force microscopy (AFM) and spectrofluorometer techniques. XRD analysis reveals formation of pure cubic phase of Y₂O₃ in samples annealed at 700 °C or above. Further, the XRD data was successfully used to retrieve the crystallite size and size distribution from powder samples using the FW((1/5)/(4/5))M method. Crystallite size (11–50 nm) extracted from XRD has been found to be consistent with AFM measurements. The PL emission spectra of nanophosphors show bright red emission at 612 nm due to hypersensitive electric dipole (ED) ⁵D₀–⁷F₂ transition of Eu³⁺ ions in Y₂O₃ lattice. Further, photoluminescence studies indicate that optimum value of the Eu³⁺ to get best luminescence properties is 12 at%. Surface conjugations of these nanophosphors with water soluble dextran biomolecules have also been performed. Surface conjugated rare earth nanophosphors have great potential for bio-applications.     

Tailoring red-green-blue emission from Er3+, Eu3+ and Tb3+ doped Y2O3 nanocrystals produced via PVA-assisted sol-gel route

Y₂O₃ luminescent nanoparticles were synthesized via PVA-assisted sol-gel method and their structural and optical properties were investigated. Effects of rare earth (Er³⁺, Eu³⁺ and Tb³⁺) doping on luminescence properties of the produced nanophosphors have been investigated under NIR (800 nm) and UV (240–300 nm) excitation. Intense infrared to red and green emissions were observed and a weak blue upconverted luminescence was also detected. Moreover, it was observed that changing the doping ions, the color emitted by the samples could be modified and different combinations of UV excitation and doping produced effective white light emissions. The obtained results demonstrate that PVA-assisted sol-gel is an effective methodology for the synthesis of rare-earth doped Y₂O₃ nanophosphors.     

ZnS:Sm3+的Ω参数

由于稀土离子在ZnS中掺杂浓度低,通常用以获得Ω参数的吸收光潜法不能应用。讨论了用发射光谱或激发态寿命获得Ω的方法及其适用范围。用拟合发射谱线相对强度的方法得到了ZnS:Sm3+的Ω参数。