通过Bi3+发光特征判定“争议”格位——以Ca2MgSi2O7:Bi3+荧光粉为例

在以往的研究工作中,人们经常关注给定基质具有多个格位所对应多发光中心的光致发射。 取决于所掺杂的基质,多个格位的晶体化合物应该可以提供相应的多发光中心,但某些化合物有时只会表现一个发光中心,由此产生“争议性”发光中心。 据以往研究,以稀土离子掺杂而为人所知的经典镁黄长石(Ca₂MgSi₂O₇)长余辉化合物具有“争议性”Ca格位。 为此,在本文中以非稀土离子(Bi³⁺)特有的发光特性从侧面来研究Ca₂MgSi₂O₇化合物中的“争议性”Ca格位问题。 结果表明,在250和276 nm激发波长激发下,所有的Bi³⁺掺杂Ca₂MgSi₂O₇样品均有峰位位于582和350 nm的两个Bi³⁺特征发射带。结合晶体结构分析,光谱结果表明,Ca₂MgSi₂O₇:Bi³⁺荧光粉具有对应于六配位和八配位的两个不同Ca²⁺格位的两个Bi³⁺发光中心,即,Bi³⁺(Ⅰ)(~582 nm)和Bi³⁺(Ⅱ)(~350 nm)发光中心。 此外,光谱分析进一步表明,Bi³⁺(Ⅰ)与Bi³⁺(Ⅱ)具有单向的能量传递,而且,发现这两个发光中心所对应的相对发射强度是依赖于激发波长和Bi³⁺掺杂浓度。 实验证明了Ca₂MgSi₂O₇晶体化合物具有两个Ca格位,而不是有些工作中所讨论的一个Ca格位。 本文工作可以为已知或未知的具有“争议性”格位的晶体化合物的验证提供新的借鉴。     

β-Ga2O3∶Cr3+近红外长余辉纳米颗粒的制备及发光性能

以三乙二醇为表面配体, 利用沉淀法制备了β-Ga₂O₃∶Cr³⁺近红外(NIR)长余辉纳米颗粒. 考察了反应条件对β-Ga₂O₃∶Cr³⁺的发光性能和晶体结构的影响, 并初步探讨了其NIR余辉发光机理. 结果表明, 当溶液的pH值为7, 煅烧温度为700 ℃时, 可获得高纯度的β-Ga₂O₃∶Cr³⁺纳米颗粒, 其平均粒径为30 nm, 最大余辉发射波长可调控为750 nm, NIR余辉发光时间长于384 h. 本方法得到的β-Ga₂O₃∶Cr³⁺长余辉纳米颗粒不仅尺寸小, 而且NIR余辉时间长, 发射波长可调控, 在低背景噪音的深组织活体成像中具有潜在的应用前景.     

掺铥硫氧化钇的特殊余辉性质

迄今为止,稀土长余辉磷光体已见文献或专利公开报道的激活离子主要有适于紫外光激发的三价铈离子(Ce³⁺)和三价镨离子(Pr³⁺)、适于可见光激发的铕离子(Eu³⁺和Eu²⁺)及钐离子(Sm³⁺,Sm²⁺),尚未涉及到铥离子Tm³⁺或Tm²⁺.我们在Tm³⁺离子激活的硫氧化钇体系Y₂O₂S:Tm³⁺中发现了长余辉荧光特性.特别是在该磷光体中还发现了一种非常特殊的余辉现象.     

LnBaB9O16:Eu3+(Ln=La,Y)的结构与荧光性质

利用电子衍射、X射线衍射和荧光光谱等方法研究了LnBaB₉O₁₆(Ln=La,Y)的结构特性.LnBaB₉O₁₆为单斜晶系,其中LaBaB₉O₁₆的晶胞参数a=1.3660nm,b=0.7882nm,c=1.6253nm,β=106.15°;YBaB₉O₁₆的晶胞参数a=1.3476nm,b=0.7776nm,c=1.6040nm,β=106.38°.荧光光谱研究表明,这两种化合物结构不同,Y³⁺在YBaB₉O₁₆结构中处于中心对称格位,而LaBaB₉O₁₆中La³⁺的格位则无中心对称性.Gd³⁺部分取代LaBaB₉O₁₆:Eu³⁺中的La³⁺可改善Eu³⁺离子的发光性质.LaBaB₉O₁₆:Eu³⁺在真空紫外区的吸收比较弱,这可能与硼氧比较小有关.     

Eu2+和Pb2+离子在Sr4Si3O8Cl4中发光的研究

本文研究了Sr₄Si₃O₈Cl₄基质的物理化学性质和以Eu^<2+、Ph²⁺离子为激活剂的荧光体的发射光谱、激发光谱、反射光谱及激活剂浓度对发光性能的影响。     

Li2O-CaO-Gd2O3-SiO2:Eu,Bi体系的结构和发光性能之间的关系

用X射线粉末衍射法研究了Li₂O-CaO-Gd₂O₃-SiO₂:Eu,Bi发光体系的物相组成随Gd₂O₃含量的变化,探讨了不同硅酸盐物种和结构对Eu³⁺和Bi³⁺发光特性的影响。结果表明,无Gd₂O₃组分时发光体是β-CaSiO₄多晶体,当Gd₂O₃/SiO₂比超过2.5%时,Ca₂Gd₈(SiO₄)₆O₂和LiGd₉(SiO₄)₆O₂物相逐渐增加,当其成为主要物相时,EU³⁺发光呈数倍增强,这2种含钆物相的结构既利于EU³⁺的红光发射又利于敏化剂向激活剂传输能量,所形成的固熔体是优良的发光基质材料。     

改性氧化石墨烯去除重金属离子的分子动力学模拟

通过硅烷化反应在氧化石墨烯(Graphene oxide, GO) 表面嫁接螯合官能团N-(三甲氧基硅丙烷)乙二胺三酸(EDTA-Si), 得到改性氧化石墨烯(GO-EDTA), 采用分子动力学模拟在分子水平上研究了Pb²⁺在GO-EDTA 表面的动态吸附分布、 构象及动力学性质, 比较了Pb²⁺和单价Na⁺离子在氧化石墨烯上的吸附行为, 模拟了GO-EDTA与Ca²⁺相互作用, 与Pb²⁺的吸附行为进行了对比. 模拟结果表明, Pb²⁺和Na⁺的吸附位点是GO-EDTA 体系中的羧基, 而非氧化石墨烯表面的羟基; Pb²⁺和 Na⁺ 与羧基的吸附构象不同, 前者吸附构象以摩尔比2:1为主, 即两个羧基对一个Pb²⁺离子, 而后者更多倾向于摩尔比1:1的吸附模式, 即一个羧基对一个Na⁺离子; Pb²⁺离子相对于Ca²⁺和Na⁺离子, 形成的COO^--Pb²⁺离子对构象越过的能垒最低, 但是破坏该离子对构象时能垒较高, 表明Pb²⁺离子在氧化石墨烯膜上表现出良好的吸附性.     

铽激活的镧、钇、钆硫氧化物二元体系的发光性质

为了寻找新的发光体基质材料,本文研究了(Y_1-xLa_x)₂O₂S:Tb、(Y_1-xGd_x)₂O₂S:Tb和(Gd_1-xLa_x)₂O₂S:Tb三个二元稀土硫氧化物固溶体的发光。用稀土氧化物高温硫化法合成了试样。研究了这三个二元体系的发光亮度、发射光谱、发光颜色和余辉时间等发光特性随组成的变化规律。     

亚晶格能量团簇构建及晶场调控对四方LiYF4:RE上转换发光机制的影响研究

四方LiYF₄是一种与六方NaYF₄相当的稀土上转换发光基质材料,由于相对优异的短波上转换发光特性,近年受到业界的相当关注,但对产生这一优异特性的原因还未见报道.经研究发现,四方LiYF₄具有六边环状亚晶格结构,每5个间距小于0.4 nm的近邻三价阳离子形成一个团簇,稀土离子间的能量传递容易在团簇内或六边形环内环绕传递.基于它的这一亚晶格结构特征,本工作通过引入不同量敏化剂Yb³⁺和掺杂离子Sc³⁺和Hf⁴⁺,考察不同激活离子Er³⁺、Ho³⁺和Tm³⁺与敏化离子Yb³⁺构建亚晶格能量团簇以及异质离子Sc³⁺和Hf⁴⁺掺杂晶场调控对稀土离子上转换发光性能的影响机制.发现不同稀土离子与Yb³⁺存在不同的能级匹配,导致不同概率的无辐射交叉弛豫行为,当引入适量的Yb³⁺时,可分别构建1Er-2Yb、1Ho-2Yb和1Tm-4Yb亚晶格能量团簇,实现最佳的上转换发光性能;当6 mol% Sc³⁺和4 mol% Hf⁴⁺引入时,可有效调控晶场的不对称性;掺杂后,5个近邻三价离子的团簇结构中,只有3个近邻Yb³⁺离子,无法同时实现Er³⁺离子的⁴F_5/2和Sc³⁺的²G_7/2或Hf⁴⁺的⁴F_5/2^o激发态的双光子合作上转换电子布居,导致Sc³⁺或Hf⁴⁺成为荧光猝灭中心,Sc³⁺掺杂晶场调控最大仅提升50%的荧光强度,Hf⁴⁺掺杂没有提升反而降低Er³⁺离子的上转换发光强度,不同于它们掺杂六方NaYF₄：Er/Yb那样扮演储能离子角色,显著提升Er³⁺离子的短波上转换发光强度.本研究揭示了在六边环状亚晶格基质结构中不同稀土离子与敏化剂Yb³⁺的敏化上转换发光机制,以及基质结构特征对掺杂晶场调控行为的影响机制,可为设计和制备高性能上转换发光材料提供借鉴.     

脉冲激光沉积LiMn2O4薄膜的研究

在氧气氛下采用355nm脉冲激光烧蚀制备了LiMn₂O₄薄膜,并用四极质谱和发光光谱技术考察了脉冲激光烧蚀过程及环境氧气对薄膜沉积过程的影响.质谱测定结果表明,355nm激光烧蚀LiMn₂O₄的产物主要有Li⁺、Mn⁺等离子和O₂、O、LiO₂、LiMnO、MnO及锂原子的多聚体等中性产物.不同氧气压下测定的发光光谱表明烧蚀原子在环境氧气氛中存在氧化过程.用循环伏安法和X射线衍射法对薄膜进行了表征.     

Cd2Ge7O16中Tb的长余辉发光特性

本文研究了Cd₂Ge₇O₁₆∶Tb³⁺材料的发光及其长余辉性质。指出Tb³⁺的发光是该离子的 ⁵D₃- ⁷D_J、 ⁵D₄- ⁷D_J两种跃迁产生的；随着掺杂浓度的增加 ⁵D₄- ⁷D_J跃迁增强，发光颜色由蓝变绿。并把该材料的长余辉性质归结为基质结构中有电子陷阱和空穴陷阱。提出余辉机理模型。     

高色纯度高热稳定性红色荧光粉Sr3La2Ge3O12:Sm^3+的合成及其性能

通过高温固相法合成了一系列Sr3La2-xGe3O12:xSm^3+(0≤x≤0.04)红色荧光粉,并对样品的形貌、元素组成、晶体结构、发光性能及热稳定性进行了探究。结果表明:样品Sr3La2Ge3O12:xSm^3+为较宽尺寸分布的颗粒,且结构中仅含有Sr、La、Ge、O、Sm等元素。样品Sr3La1.97Ge3O12:0.03Sm^3+的Rietveld结构精修图与实测XRD图完全吻合,具有六方晶系结构。漫反射测试结果显示基质Sr3La2Ge3O12的带宽为5.54 eV,属于宽带隙材料。在404 nm激发下,样品Sr3La2-xGe3O12:xSm^3+(0≤x≤0.04)的最大发射峰位于601nm处,属于Sm^3+的6H5/2→4L13/2能级跃迁。此外,样品Sr3La1.97Ge3O12:0.03Sm^3+的发光性能最佳,其CIE色坐标为(0.5321,0.4601),色纯度高达94.2%,在298-473 K范围内具有较好的热稳定性,测试温度达到423 K时发射强度仍为室温时的81.6%。     

O MAS NMR study of the oxygen local environments in the anionic conductors Y2(B1−xB′x)2O7(B, B′=Sn, Ti, Zr)

The local environments for oxygen in yttrium-containing pyrochlores and fluorites, Y₂(B_1−xB′_x)₂O₇ (B=Ti, B′=Sn, Zr) are investigated by using solid state ¹⁷O MAS NMR spectroscopy. The quadrupolar coupling constants of the nucleus, ¹⁷O are sufficiently small for these ionic oxides, that high-resolution spectra are obtained from the MAS spectra. Different oxygen NMR resonances are observed due to local environments with differing numbers of metal cations (Y³⁺, Sn⁴⁺, Ti⁴⁺ and Zr⁴⁺), allowing the numbers of different local environments to be quantified and cation mixing to be investigated. Evidence for pyrochlore-like local ordering is detected for Y₂Zr₂O₇, which nominally adopts the fluorite structure.     

空气中合成M2B4O7:Eu3+(M=Na,K)荧光体及其性质表征

以M2B4O7(M=Na,K)为基质,在空气中掺杂稀土元素Eu3+得到了Na2B4O7:Eu3+和K2B4O7:Eu3+荧光体.探讨了体系的烧结条件和荧光性质,分析了晶体的结构.结果表明,虽然两种体系的最佳合成条件不同,但是体系中都同时存在[BO4]和[BO3]结构;稀土离子Eu3+的发光以电偶极跃迁5D0-7F2为主,处于非中心对称的格位上,并且可以很好地存在于基质中,Na2B4O7:Eu3+具有较强的发光强度.     

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.     

Ce和Dy在Cd0.5Zn0.5B4O7中的发光特性及能量双向传递

采用高温固相法制备了白蓝光双发射为一体的Cd0.5Zn0.5B4O7∶Ce/Dy系列发光材料. 由XRD测得Cd0.41Zn0.5B4O7∶Ce0.04/Dy0.02的晶胞参数: a=1.3885 nm, b=0.8020 nm, c=0.8670 nm, 属于正交晶系, Pbca空间群. 在Ce/Dy双掺的体系中存在Ce3+和Dy3+两种发光中心, 254~350 nm激发主要是Dy3+的 4F9/2→6H15/2和4F9/2→6H13/2跃迁发射, 而355—390 nm激发主要为Ce3+的5d→4f跃迁发射. 340 nm激发Ce/Dy双掺发光体的发射强度是同浓度Dy3+单掺的31倍, Ce3+是Dy3+的高效敏化剂, 而355—390 nm激发Dy3+是Ce3+的敏化剂. 体系中存在少见的Ce3+→Dy3+与Dy3+→Ce3+的能量双向传递.     

A new phosphor with flower-like structure and luminescent properties of Sr<Subscript>2</Subscript>MgSi<Subscript>2</Subscript>O<Subscript>7</Subscript>: Eu<Superscript>2+</Superscript>, Dy<Superscript>3+</Superscript> long afterglow materials by sol–gel method

The flower-like phosphors of Sr₂MgSi₂O₇: Eu²⁺, Dy³⁺ with high brightness and long afterglow were obtained by sol–gel method. X-ray diffraction pattern (XRD) shows that single-phased Sr₂MgSi₂O₇ phosphor is prepared by sol–gel method under 1250 °C. Scanning electron microscope (SEM) indicates that the phosphor consists of nano-sized whiskers which are detected for the first time in Eu²⁺ and Dy³⁺ co-doped long-lasting phosphorescence silicates. Furthermore, the investigation on the mechanism indicates that the internal structure and gas, liquid and solid phase effect play important roles in the formation of flower-like Sr₂MgSi₂O₇: Eu²⁺, Dy³⁺ nanostructure. Finally, the optical properties of flower-like Sr₂MgSi₂O₇ nanostructure have been characterized by photoluminescence (PL) spectra.     

Hydrothermalsynthese und Kristallstruktur des Diarsenates PbCuAs2O7

The monoclinic compound PbCuAs₂O₇ [a=5.553 (1),b=8.404 (1),c=13.011 (2) Å, =91.61 (2)° space group P2₁/n-C _2h ⁵ ;Z=4] was synthesized under hydrothermal conditions. The structure was solved by direct methods and was refined to anR value of 3.6%. The Pb atom is irregularly eight coordinated by O atoms, and the Cu atom tetragonal pyramidal [4+1] coordinated by O atoms. Each two AsO₄ tetrahedra share a common O atom corner building up As₂O₇ groups. These groups are connected with the CuO₄ polyhedra to sheets parallel (101). These sheets are combined by the PbO₈ polyhedra to a framework.

Herrn Prof. Dr.K. Komarek zum 60. Geburtstag gewidmet.     

TiO2对ZnO/ZnS:Eu3+荧光粉发光性能的影响

采用溶胶-凝胶-沉淀法制备ZnO/ZnS/2TiO2:Eu3+荧光粉,并采用X射线衍射(XRD)、红外光谱(IR)、透射电镜(TEM)以及荧光光谱技术对其结构、组成、形貌和发光性能进行表征,探讨其发光机理。结果显示,ZnO/ZnS/2TiO2:Eu3+荧光粉的结构在温度高于600℃时趋于稳定状态,呈不规则结构,由ZnO、TiO2和ZnS构成。IR谱图表明,Ti-O-Ti桥氧键网络结构有利于Eu3+之间的能量传递。荧光光谱分析表明,引入TiO2使Eu3+光谱选律禁阻解除,提高了ZnO/ZnS/2TiO2:Eu3+荧光粉的发光性能,且当nZn(NO3)2:nTiO2=1:2时荧光粉的发光性能最好,612 nm处的5D0→7F2电偶极跃迁为最强发射峰,最佳退火温度为600℃。     

Yb3+共掺杂对Zn2GeO4∶Mn2+绿色长余辉发光性能增强研究

利用高温固相法合成了Zn2GeO4∶Mn2+以及Zn2GeO4∶Mn2+,Yb3+绿色发射长余辉发光材料,对样品进行了X射线衍射分析、荧光光谱分析、色坐标、热释发光以及发光寿命测量。分析结果表明,在1 050℃下烧结3 h的Zn2GeO4为单相产物,所得Zn2GeO4∶Mn2+发光材料具有良好的发光性能,在紫外灯激发下发出最强发射位于528 nm的宽带发射并具有优良的长余辉发光特性,其色坐标值分别为x=0.145,y=0.773。Yb3+共掺杂对其长余辉发光性能提高明显。余辉发光在暗场环境下肉眼可观察的持续时间超过2 h。通过热释光谱对陷阱进行了分析。对Yb3+共掺杂的长余辉发光增强机理进行了讨论。