宽带近红外荧光粉KScP2O7∶Cr3+的发光特性研究及近红外LED器件应用

近红外(NIR)器件的小型化和智能化需求推动了高效宽带近红外荧光粉的设计与发展。目前,Cr³⁺激活的宽带近红外荧光粉主要采用传统的多格位共占据策略设计实现。然而,由于处在不同晶体学格位的Cr³⁺热猝灭行为不一致和光谱稳定性差等问题,导致其实际应用受限。本文基于单格位占据策略,采用高温固相法制备了一系列宽带近红外荧光粉KSc_1-xP₂O₇∶xCr³⁺(x=0.01～0.09),并对其晶体结构、发光性能及热猝灭机理进行分析。研究结果表明,在x=0.03时,KSc_0.97PO₇∶0.03Cr³⁺(KSP∶0.03Cr³⁺)样品发光强度达到最大值,随后出现浓度猝灭现象,该现象主要归因于相邻Cr³⁺-Cr³⁺之间的能量传递。在蓝光激发下,KSP∶0.03Cr³⁺样品光谱覆盖700～1 200 nm,发射主峰位于85...     

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     

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。     

Cr4+在Al2O3多晶体中的光谱性能研究

采用传统无压烧结工艺制备Cr:Al₂O₃透明多晶陶瓷.测定了其退火前后的吸收光谱和荧光光谱，发现在Al₂O₃六配位的八面体结构中，Cr⁴⁺的荧光发射也处在1100—1600nm波段的红外区间，荧光发射峰位于1223nm附近，类似Cr⁴⁺在四面体中的发光行为.同时由于氧化铝晶格常数较小，晶体场强较强，使Cr⁴⁺:Al₂O_{3< 关键词： 4+')" href="#">Cr⁴⁺ 2}O₃透明陶瓷')" href="#">Cr:Al₂O₃透明陶瓷 光谱性质 八面体     

YAG中Cr3+和Yb3+的发光特征以及Cr3+和Yb3+之间的能量传递过程

室温下观察了YAG:Cr³⁺,Yb³⁺材料在近红外区域的发光特性, 并通过对Cr³⁺:⁴T₂和Yb³⁺:²F_5/2能级辐射跃迁寿命以及它们布居时间的比较研究,提出了从Cr³⁺到Yb³⁺的能量传递机制,同时借助于能级图描述了从Cr³⁺到Yb³⁺的能量传递以及Cr³⁺和Yb³⁺的近红外发光过程。     

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...     

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。     

KCdF3晶体中Cr3+-Li+中心局域结构研究

利用零场分裂参量与晶体结构之间的定量关系,研究了双掺杂晶体KCdF₃:Cr³⁺,Li⁺的局域结构。指出,对于KCdF₃:Cr³⁺,Li⁺晶体,四角晶场的形成包含两个方面:(1)由于电荷补偿而产生的等效电荷形成的四角对称晶场;(2)Cr³⁺的局域结构发生晶格畸变而产生的四角对称晶场。事实上,当Cr³⁺和Li⁺掺入KCdF₃晶体时,Cr³⁺代替了Cd²⁺离子;由于Cr³⁺离子与Cd²⁺离子的半径不同、电荷不同、质量不同,导致Cr³⁺的局域结构发生晶格畸变,由此而产生四角对称晶场;由于电荷补偿,Li⁺离子取代了[001]方向与Cr³⁺离子邻近的Cd²⁺离子,由此产生的等效电荷而形成的四角晶场。这样,Cr³⁺的局域结构由O_h对称变为C_4v点对称。文中建立了ZFS参量和晶体结构之间的定量关系。在考虑晶格畸变和等效电荷的基础上,研究了KCdF₃:Cr³⁺,Li⁺晶体的ZFS参量,理论结果和实验符合很好。得到了F^-离子向中心离子分别移动为ΔR₁=0.00268nm,ΔR₂=0.001nm,ΔR₃=0.00165nm。     

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。     

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。     

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%。     

Cr3+掺杂的Cd3Al2Ge3O12光谱特性及晶场参数计算

采用高温固相法合成了Cd₃Al₂Ge₃O₁₂：Cr³⁺多晶材料,利用X射线衍射对其结构进行了分析,通过Cr³⁺的室温吸收光谱、室温和77K发射光谱分别对其光谱特性和晶场参数进行了分析和计算.结果表明：在450 nm的蓝光激发下,Cd₃Al₂Ge₃O₁₂：Cr³⁺室温发 关键词： 3Al₂Ge₃O₁₂：Cr³⁺')" href="#">Cd₃Al₂Ge₃O₁₂：Cr³⁺ 荧光光谱 晶场参数 可调谐激光     

Er3+/Yb3+共掺NaYF4/LiYF4微米晶体的上转换荧光特性

采用水热法成功制备了Er³⁺/Yb³⁺共掺杂的NaYF₄和LiYF₄微米晶体. 通过X射线衍射仪和环境扫描电子显微镜对样品的晶体结构及形貌进行表征. 实验结果表明: 六方相NaYF₄微米晶体为棒状结构, 而四方相LiYF₄微米晶体则为八面体结构. 在近红外光980 nm激发下, NaYF₄:Yb³⁺/Er³⁺和LiYF₄:Yb³⁺/Er³⁺ 微米晶体均展现出很强上转换荧光发射. 且NaYF₄:Yb³⁺/Er³⁺微米晶体的荧光发射强度大约是LiYF₄:Yb³⁺/Er³⁺微米晶体的2倍, 但红绿比明显较低. 根据荧光光谱, 并借助激光光谱学及发光动力学深入探讨基质变化及表面修饰剂乙二胺四乙二酸(EDTA)对荧光特性的影响. 实验结果发现: 影响荧光强度的主要因素是基质环境的局域对称性, 而导致不同红绿比则是由于样品表面较多的EDTA分子所引起. Er³⁺掺杂的NaYF₄和LiYF₄ 微米晶体呈现出很强的绿光发射可被应用于全色显示, 荧光粉和微光电子器件中.     

Al18B4O33：Cr3+荧光粉的制备及发光性质研究

采用高温固相法合成了Al₁₈B₄O₃₃：Cr³⁺荧光粉,使用X射线粉末衍射仪和FSEM对样品的结构和形貌进行了表征,采用荧光分光光度计及紫外分光光度计研究了样品的发光性质及光吸收性质。结果表明,在紫外光或530~630 nm可见光激发下,样品能够发射出660~720 nm的红光,两个发射峰分别位于683 nm和694 nm,其最佳激发波长为590 nm。当原料中Al和B的量比为3.5时,样品的发光最强。初步分析了H₃BO₃的加入对样品发光影响的机理。样品的最佳煅烧温度为1 150 ℃。随着Cr³⁺掺杂浓度的升高,样品发光增强,但发光效率降低。样品的漫反射光谱表明,样品对绿光、黄橙光及紫外光有较强的吸收,是一种潜在的优良农用转光剂材料。     

Sr3B2O6：Eu3+,Li+荧光粉的合成与发光性能

采用高温固相法合成Sr₃B₂O₆：Eu³⁺,Li⁺红色荧光粉,考察了激活剂Eu³⁺和电荷补偿剂Li⁺浓度对Sr₃B₂O₆：Eu³⁺,Li⁺荧光粉发光性能的影响。结果表明：适量掺杂Eu³⁺、Li⁺离子并不改变Sr₃B₂O₆的结构。当Eu³⁺掺杂量为4%、Li⁺的掺杂量为8%时,在900 ℃下灼烧2 h可以得到发光性能最佳的Sr_2.9B₂O₆：0.04Eu³⁺,0.08Li⁺红色荧光粉。以394 nm的近紫外光激发时,Sr₃B₂O₆：Eu³⁺,Li⁺荧光粉发射出红光,对应于Eu³⁺的4f-4f 跃迁,其中以614 nm附近的⁵D₀→⁷F₂跃迁发光最强,是一种有潜力用于白光LED的红色荧光粉。     

纳米单斜相Gd2O3：Bi3+,Nd3+的燃烧法制备和近红外发光

采用甘氨酸作为燃料,制备了单斜相Gd₂O₃：Bi³⁺,Nd³⁺纳米发光材料。使用X射线粉末衍射仪和TEM对样品的结构和形貌进行了表征,并研究了制备条件对样品的可见及近红外激发和发射光谱、发光强度、荧光寿命等的影响。结果表明,体系中存在高效的Bi³⁺→Nd³⁺能量传递过程,当Bi³⁺和Nd³⁺的掺杂摩尔分数分别为6%和2%时,单斜相Gd₂O₃：Bi³⁺,Nd³⁺荧光粉可以获得最强的近红外光发射。与单掺Nd³⁺的样品相比,单斜相Gd₂O₃中掺杂Bi³⁺和Nd³⁺后,样品的近红外发光增强近20倍。     

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。     

KMgF3:Cr3+的EPR参量和K+空位研究

EPR和ENDOR表明:顺磁离子取代KMgF₃中的Mg²⁺离子后,所处的环境具有轴对称。本文研究了KMgF₃:Cr³⁺的Δg=g_∥-g_⊥和零场分裂值D,证实KMgF₃:Cr³⁺中K⁺空位的存在。并且指出:由于K⁺空位,使Cr³⁺的最近邻F^-离子分 关键词：     

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⁺     

BeAl2O4:Cr3+的晶场能级

金绿宝石中镜对称格位上Cr³⁺(Ⅱ)离子的⁴T₂,⁴T₁和²E能级与该材料的激光运转有关。⁴T₂和⁴T₁能级各分裂成三个子能级。为从偏振吸收谱上确定BeAl₂O₄:Cr³⁺的能级图,本文计算了⁴T₂和⁴T₁的分裂,找到了对谱方法,得到了表征能级分裂的参量K_{1和K2的值。最后给出了以低点群不可约表示标号的、BeAl2O4:Cr³⁺(Ⅱ)的晶场能级图。 关键词：}