单分散球形CaWO_4∶Re~(3+)(Sm~(3+),Eu~(3+))红色荧光粉的制备及其发光性能

目前使用的白光LEDs荧光粉,主要是适于蓝光GaN芯片激发的黄、绿、红色稀土荧光粉。黄、绿光荧光粉技术已经相对完善,而发光良好、性能稳定的红色荧光粉比较少。因此,需要开发新型的蓝光激发型红色荧光粉。相对于传统的高温固相法制备荧光粉体,本文利用水热法在较低温度160℃成功制备出了发光性能良好的单分散球形钨酸钙红色发光材料CaWO4∶Sm~(3+)和CaWO_4∶Eu~(3+)。通过X射线粉末衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、荧光光谱仪(PL)等表征手段,研究了所制备材料的晶体结构、表面形貌以及光学特性。讨论掺杂稀土离子浓度、反应时间等条件的改变对样品形貌以及发光性能的影响。结果显示,掺杂浓度不仅影响材料的形貌,还影响其发光强度。当Sm~(3+)和Eu~(3+)掺杂量分别为6%和4%时,CaWO_4∶Sm~(3+)和CaWO_4∶Eu~(3+)材料的发光性能最优。研究结果表明,Sm~(3+)和Eu~(3+)掺杂的CaWO_4材料可以作为荧光灯和蓝光芯片LED用荧光粉的备选材料。     

稀土掺杂磷酸钇荧光粉的控制合成和发光性能

利用水热法分别合成了Ce~(3+)、Tb~(3+)共掺杂的YPO_4下转换荧光粉和Er~(3+)、Yb~(3+)、Tm~(3+)共掺杂的YPO_4上转换荧光粉,经过工艺优化获得了1μm左右尺寸均匀的发光材料。通过系列实验研究了反应温度、反应时间、稀土离子掺杂比例和退火温度对样品发光性能的影响。YPO_4∶Ce~(3+),Tb~(3+)荧光粉在295 nm紫外光的激发下产生下转换发光效应,当Tb~(3+)摩尔分数为1%时得到明亮的绿光;YPO_4∶Er~(3+),Tm~(3+),Yb~(3+)荧光粉在980nm近红外光激发下产生上转换发光效应,当稀土离子中Er~(3+)摩尔分数为3%时,所制备的样品经过1 000℃退火处理后发出很强的暖白光。     

单一基质双光色Ba_(10-x)(PO_4)_4(SiO_4)_2∶xEu~(2+)荧光粉的两步法制备与光谱调控（英文）

采用两步法成功合成了单一基质双光色Ba_(10-x)(PO_4)_4(SiO_4)_2∶xEu~(2+)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Eu~(2+)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Eu~(3+)离子取代了基质结构中的BaⅠ和BaⅡ两个格位的Ba2+离子;在第二步还原过程结束后,Eu~(2+)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Eu~(2+)离子对BaⅠ格位的取代率而调节,进而实现光谱的调变。     

白光LED用红色发射荧光粉YVO_4:Ce~(3+)(Gd~(3+))的制备与表征

用高温固相反应法制备了稀土离子Ce3+、Gd3+双掺杂的YVO4发光材料,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、激发以及发射光谱等测试手段对YVO4:Ce3+(Gd3+)荧光粉的制备条件、发光性能以及表面形貌进行了研究。XRD结果表明,在1100℃恒温5 h可得到Ce3+(Gd3+):YVO4纯相。SEM结果显示颗粒基本为球形,粒径约为300~500 nm。激发光谱测试表明,Ce3+(Gd3+):YVO4荧光粉在近紫外光区(232 nm)和蓝光区(424 nm)可以被有效地激发,用424 nm的蓝光激发样品时,Ce3+(Gd3+):YVO4荧光粉在611 nm和659 nm处的发光强度最大;因此,这种荧光粉可以作为组合型白光LED的红色发射荧光粉的候选材料。     

近紫外光激发下KBaGd(MoO_(4))_(3)∶Er^(3+)的下转换发光及温度传感特性EI北大核心CSCD

近年来,Er^(3+)离子掺杂的无机发光材料被广泛应用于温度传感材料的研究。本文采用溶胶⁃凝胶法制备了Er^(3+)掺杂的KBaGd(MoO_(4))_(3)荧光粉,利用常温激发和发射光谱、荧光衰减曲线以及变温发射光谱对其光谱性能以及温度传感特性进行了分析。荧光光谱表明,KBaGd(MoO_(4))_(3)∶Er^(3+)在380 nm处有着较强的吸收峰,源自于Er^(3+)离子的4I_(15/2)→4G_(11/2)吸收跃迁。在近紫外光激发下,KBaGd(MoO_(4))_(3)∶Er^(3+)荧光粉在520~570 nm之间具有两个明亮的绿色发射。由于电偶极间相互作用,当Er^(3+)离子掺杂浓度超过8%时,样品发光开始出现浓度猝灭。基于荧光强度比(FIR)模型计算得到KBaGd(MoO_(4))_(3)∶Er^(3+)的相对灵敏度优于已报道的大部分同类温度传感材料,因此在光温传感领域有着更好的应用潜力。最后,对利用KBaGd(MoO_(4))_(3)∶Er^(3+)设计的LED进行了光电参数测试,并对其在照明领域的应用进行了客观评价。     

Cr^(3+)、Yb^(3+)共掺杂LaSc_(3)(BO_(3))_(4)近红外荧光粉的发光与器件性能EI北大核心CSCD

荧光粉转换型宽带发射近红外LED在食品检测、生物医药、安防监控等领域具有重要的应用价值。本工作介绍了一种具有宽带近红外发射的LaSc_(3)(BO_(3))_(4)∶Cr^(3+)(LSB∶Cr^(3+))荧光粉,在460 nm蓝光激发下,其发射覆盖650~1200 nm范围,半高宽达到170 nm。在此基础上,通过Yb 3+共掺,有效提升了其发光性能,其中发射峰半高宽拓宽到223 nm,最高发光量子产率由14%提升至35%,发光热稳定性也得到显著提高。基于荧光粉的发光量子产率、荧光寿命和发光热稳定性等数据分析,发现Yb^(3+)共掺杂对材料发光热稳定性的改善主要源于Cr^(3+)与Yb^(3+)之间的高效能量传递,并且Yb^(3+)在基质材料中表现出更好的热稳定性。最后,将LSB∶Cr^(3+),Yb^(3+)荧光粉与蓝光LED芯片结合,制备成近红外LED器件,在60 mA驱动电流下,近红外输出功率达16 mW。以上结果表明,LSB∶Cr^(3+),Yb^(3+)荧光粉是一种潜在的近红外LED用发光材料。     

实验优化设计Sr_2MgSi_2O_7:Eu~(2+),Dy~(3+)的合成及长余辉特性

为了得到最长有效余辉时间的Sr_2MgSi_2O_7:Eu~(2+),Dy~(3+)荧光粉,应用二次通用旋转组合设计对实验进行全程优化,建立了稀土离子掺杂浓度Eu~(2+),Dy~(3+)和有效余辉时间的二元二次回归方程模型,应用遗传算法计算得到有效余辉时间的理论最大值.采用高温固相法合成了最优掺杂浓度Sr_2MgSi_2O_7:0.5mol%Eu~(2+),1.0mol%Dy~(3+)的荧光粉,在370nm激发下观察到了465nm的特征发射,这归因于Eu~(2+)的4f65d1—4f7跃迁.测量了最优荧光粉的热释发光特性,计算得到了陷阱深度为0.688eV,讨论了长余辉发光的特性.     

基质中非4f组态的电子态对Pr~(3+)离子发光的影响（英文）

三价镨离子(Pr~(3+))是一种备受关注的稀土发光离子。学者们在过去几十年里对其发光性质进行了大量的理论和实验研究。在不同的基质材料中,由于非4f组态的电子态与Pr~(3+)离子发光能级相互作用,Pr~(3+)离子可以展现从紫外到红外波段的不同特征的光发射。影响Pr~(3+)离子发光的这些电子态可能源于4f5d激发组态、电荷迁移态或类激子态。本文中,我们以几种具有代表性的发光材料为例,简短地总结和评述了Pr~(3+)离子发光的不同谱形;也尝试解释了几个新颖的实验现象,例如:杂质束缚激子态和电荷迁移态对发光的猝灭影响。我们希望这些相关概念和谱学结果的整理有助于读者更好地理解一些实验上的发光现象,并为设计发光材料提供新的思路。     

稀土发光铁电薄膜的研究进展

稀土掺杂是提高光电功能材料性能的重要途径.把稀土掺杂铁电材料与稀土发光相结合,还可拓展出铁电材料的新性能,比如,选择合适的稀土元素掺入钛酸铋铁电材料,可使之在保持较好的铁电性能的同时,又显示良好的发光性能.近年来,这类在氧化物铁电材料中由于稀土离子掺杂产生光致发光特性的研究引起了人们的关注,有望研制集成发光铁电器件.本文简要介绍了稀土发光铁电材料的研究状况,重点介绍我们在稀土发光铁电薄膜方向的研究进展.我们的研究表明,稀土掺杂钛酸铋铁电薄膜同时具有较好的发光特性和铁电特性,这与其独特的成分构成和层状钙钛矿结构密切相关; Eu3+离子荧光结构探针可以为进一步研究Eu~(3+)掺杂铁电薄膜材料的结构与性能关系提供新思路;在某些铁电薄膜(如Pr离子掺杂的x(K_(1/2)Bi_(1/2))TiO_3-(1-x)(Na_(1/2)Bi_(1/2))TiO_3薄膜等)中掺入稀土离子后,稀土离子的发光可用于检测铁电薄膜中是否存在准同型相界;将ZnO纳米材料和金、银纳米颗粒与掺铕钛酸铋薄膜复合,可显著增强稀土发光.     

Ba^(2+)调制SrGe_(4-x)O_(9)∶xMn^(4+)晶体结构及其发光性质EI北大核心CSCD

采用传统固相法在1100℃合成了SrGe_(4-x)O 9∶x Mn^(4+)(SGOM)系列荧光粉,通过Ba^(2+)取代Sr 2+调制了荧光粉基质的局部结构,对样品的晶体结构、发光性质和热稳定性进行了探讨。XRD测试结果表明,Mn^(4+)和Ba^(2+)均成功地掺杂进入基质SrGe_(4)O_(9)晶格,没有其他物相产生。在275 nm紫外光激发下,SGOM荧光粉的发射光谱是位于600~750 nm的深红色谱带,峰值波长位于660 nm,主要源于Mn 4+离子^(2)E g→^(4)A _(2g)能级跃迁的窄带发射,优化的Mn^(4+)浓度为0.015。利用Ba^(2+)离子对SrGe _(3.985) O _(9)∶0.015Mn^(4+)荧光粉的发光性质进行调控,发现随着Ba^(2+)浓度增大,发射光谱的强度先上升后下降,最佳Ba^(2+)浓度为0.4。Ba^(2+)离子的引入造成基质结构中Sr1O10多面体产生局部扩张,导致样品的发射光谱展宽。为了解决封装白光LED中有机材料存在的难以承受发热的问题,制备出了基于SrGe _(3.985) O _(9)∶0.015Mn^(4+)荧光粉的荧光玻璃。优良的发光性质和热稳定性使SGOM荧光粉具备了应用于白光LED器件的前景。     

CaF2:Yb3+/Mn2+体系中Mn2+的上转换发光

稀土离子的上转换发光通常具有发射带宽窄及峰位难以调节等问题。为了获得近红外光激发下的宽带上转换发光,我们对Yb~(3+)-Mn~(2+)共掺杂CaF_2材料的上转换发光性质进行了研究。将稀土离子Yb~(3+)及过渡族金属离子Mn~(2+)掺入到CaF_2材料中作为发光中心,利用高温固相反应法制备了Yb~(3+)单独掺杂及不同浓度Yb~(3+)及Mn~(2+)离子共掺杂的CaF_2体相材料。在980 nm近红外光激发下对不同样品的上转换发光进行了比较研究。实验结果表明,与单独掺杂Yb~(3+)离子的材料相比,CaF_2∶Yb~(3+)/Mn~(2+)材料在980 nm激光激发下出现了一个位于620nm附近的宽带发光,我们认为这个发光来自于Yb~(3+)团簇向Mn~(2+)离子的合作敏化,对应于Mn~(2+)离子的~4T_1→~6A_1跃迁。因此,CaF_2体系中存在Yb~(3+)离子二聚体向Mn~(2+)离子的合作能量传递过程。     

Ba~(2+)调制SrGe_(4-x)O_9∶xMn~(4+)晶体结构及其发光性质

采用传统固相法在1 100℃合成了SrGe_(4-x)O_9∶xMn~(4+)(SGOM)系列荧光粉,通过Ba~(2+)取代Sr~(2+)调制了荧光粉基质的局部结构,对样品的晶体结构、发光性质和热稳定性进行了探讨。XRD测试结果表明,Mn~(4+)和Ba~(2+)均成功地掺杂进入基质SrGe_4O_9晶格,没有其他物相产生。在275 nm紫外光激发下,SGOM荧光粉的发射光谱是位于600～750 nm的深红色谱带,峰值波长位于660 nm,主要源于Mn~(4+)离子~2E_g→~4A_(2g)能级跃迁的窄带发射,优化的Mn~(4+)浓度为0.015。利用Ba~(2+)离子对SrGe_(3.985)O_9∶0.015Mn~(4+)荧光粉的发光性质进行调控,发现随着Ba~(2+)浓度增大,发射光谱的强度先上升后下降,最佳Ba~(2+)浓度为0.4。Ba~(2+)离子的引入造成基质结构中Sr1O10多面体产生局部扩张,导致样品的发射光谱展宽。为了解决封装白光LED中有机材料存在的难以承受发热的问题,制备出了基于SrGe_(3.985)O_9∶0.015Mn~(4+)荧光粉的荧光玻璃。优良的发光性质和热稳定性使SGOM荧光粉具备了应用于白光LED器件的前景。     

CaYAlO_4∶Ce~(3+),Tb~(3+)荧光粉的发光性能及Ce~(3+)→Tb~(3+)的能量传递

采用溶胶凝胶法合成了CaY_(1-x-y)AlO_4∶xCe~(3+),yTb~(3+)荧光粉,探讨了稀土离子Ce~(3+)、Tb~(3+)单掺及共掺对样品发光性能的影响。研究结果表明,合成的样品为四方晶系的纯相。在368nm光激发下,CaY_(1-x)AlO_4∶xCe~(3+)发射蓝光,发射峰位于445nm附近;在246nm光激发下,CaY_(1-y)AlO_4∶yTb~(3+)发射绿光,发射峰位于418,440,491,548,589,625nm附近。在Ce~(3+)/Tb~(3+)共掺荧光粉中,Ce~(3+)的能量可传递给Tb~(3+),使Tb~(3+)的发光增强;当用368nm或378nm光激发共掺荧光粉时,Tb~(3+)呈现强烈的绿光发射。调整Ce~(3+)与Tb~(3+)的掺杂浓度可以调整对应的蓝光与绿光的发射强度。     

Cr3+、Yb3+共掺杂LaSc3(BO3)4近红外荧光粉的发光与器件性能

荧光粉转换型宽带发射近红外LED在食品检测、生物医药、安防监控等领域具有重要的应用价值。本工作介绍了一种具有宽带近红外发射的LaSc_3(BO_3)_4∶Cr~(3+)(LSB∶Cr~(3+))荧光粉,在460 nm蓝光激发下,其发射覆盖650～1 200 nm范围,半高宽达到170 nm。在此基础上,通过Yb~(3+)共掺,有效提升了其发光性能,其中发射峰半高宽拓宽到223 nm,最高发光量子产率由14%提升至35%,发光热稳定性也得到显著提高。基于荧光粉的发光量子产率、荧光寿命和发光热稳定性等数据分析,发现Yb~(3+)共掺杂对材料发光热稳定性的改善主要源于Cr~(3+)与Yb~(3+)之间的高效能量传递,并且Yb~(3+)在基质材料中表现出更好的热稳定性。最后,将LSB∶Cr~(3+),Yb~(3+)荧光粉与蓝光LED芯片结合,制备成近红外LED器件,在60 mA驱动电流下,近红外输出功率达16 mW。以上结果表明,LSB∶Cr~(3+),Yb~(3+)荧光粉是一种潜在的近红外LED用发光材料。     

稀土离子掺杂Ⅲ-Ⅴ族半导体的发光

稀土离子掺杂Ⅲ-Ⅴ族半导体的发光是近年来开展起来的新的研究领域.在GaAs,InP和GaP等材料中,用离子注入、LPE、MBE、MOCVD以及单晶生长等方法掺杂Er、Yb和Nd等稀土离子,得到了尖锐稀土离子的特征发光.这些发光来自占据正常立方格点和非立方格点的稀土离子的内部4f能级跃迁,其发光行为与掺杂条件关系很大.这种稀土一半导体材料已开始用来制备具有稳定发射波长的发光和激光器件.     

固体中过渡金属离子占位、价态及光谱性质的第一性原理研究EI北大核心CSCD

过渡金属(TM)激活离子由于在近红外发光、红外激光、荧光转化的白光LED、荧光温度计、余辉发光等方面的优异性能和应用潜力而被广泛研究。TM离子在固体中可占据八配位、六配位、四配位等多种配位格位,可呈现多种价态且光跃迁性质强烈依赖于晶体环境,因此TM离子在固体中的发光中心确定、发光机理理解和性能预测存在困难。本文通过第一性原理计算探索固体中TM离子的热力学和光跃迁性质。内容包括:通过对各种化学氛围下形成能的计算结果,分析基质的本征缺陷以及TM离子占位、价态、分布和浓度;理解不同晶体环境中TM离子的各激发态和能级结构;构建位形坐标图分析激发、弛豫、发射及猝灭过程;提出通过合成氛围、共存条件和离子共掺等方式调控或优化TM离子的占位、价态和光跃迁的方案。本文以若干具有代表性的体系为依托,展示了如何运用第一性原理计算手段进行掺TM离子固体发光材料的研究。具体所涉及的代表体系和研究内容为:Ti:Al_(2)O_(3)激光晶体中红外残余吸收机理及其减弱或尽可能消除的方法,典型尖晶石和石榴石基质中Mn^(2+)、Mn^(3+)、Mn^(4+)的占位和激发、弛豫、发射等光跃迁性质,固溶氧化物基质中铬离子的占位、价态及相应的光跃迁性质等,表明第一性原理计算可用于发光材料的机理研究、理性设计和优化。     

非稀土掺杂协同核壳包裹对氟化物纳米晶上转换发光性能的增强

为提高上转换纳米晶的发光效率,提出协同增强的策略,将核壳包裹和非稀土离子掺杂两种方式进行有效的结合,使上转换纳米晶的发光效率实现"1+12"的增强效果。以Na Gd F_4作为基质材料,Yb~(3+)和Er~(3+)分别作为敏化离子和发光离子,以Li~+离子和Na Gd F_4作为非稀土掺杂离子和包裹壳层来构建核/壳纳米结构,研究两种增强方式的协同作用对Na Gd F4∶Yb~(3+)/Er~(3+)纳米晶的上转换发光性能的影响。结果表明,Li+离子掺杂与包裹Na Gd F4壳层共同作用使得β-Na Gd F4∶Yb~(3+)/Er~(3+)纳米晶的上转换发光增强了39倍,明显优于单一方式的增强效果。通过一系列的优化实验结果发现,Li+离子的最佳掺杂摩尔分数为4%。基于以上实验结果,给出了非稀土离子掺杂核壳纳米晶协同增强上转换发光效率的机理。     

掺Tm~(3+)和Tb~(3+)的LiMgPO_4磷光体的发光光谱与能量转移

稀土掺杂的LiMgPO_4(LMP)磷光体是一种很有前景的辐射剂量计材料,热释光谱技术是研究材料中载流子陷阱和发光中心的有效手段.为研究稀土掺杂LMP的发光机制,用高温固相法研制了LMP:Tm, LMP:Tb和LMP:Tm, Tb磷光体,用线性升温法测量了磷光体的热释光发光曲线和热释光谱,并将之与荧光谱进行了对比分析.实验结果表明:在LiMgPO_4磷光体中, Tm~(3+), Tb~(3+)共掺可使磷光体在300℃左右的热释光显著增强; LMP磷光体的热释光谱中可观测到比一般荧光谱更丰富的Tm~(3+)离子和Tb~(3+)离子的跃迁; Tm~(3+)和Tb~(3+)虽然都可成为发光中心,但Tm~(3+)起主要作用;结合对热释光谱和荧光谱的深入分析,可知磷光体中存在Tb~(3+)→Tm~(3+)的能量转移.     

Eu~(2+)和Dy~(3+)共掺Ca_xSr_(2-x)SiO_4硅酸盐固溶体发光性质探究（英文）

稀土发光材料和固溶体发光材料受到人们的广泛关注,稀土固溶体发光材料本身的结构特性在一定程度上能够影响和决定它的发光特性,而发光特性又直接关系到材料的性能和使用前景.因此,本论文的主要工作是通过改变固溶体发光材料Ca_xSr_(2-x)SiO_4:0.01Eu~(2+),0.01Dy~(3+)固溶离子Ca和Sr的比例浓度来实现对固溶体发光材料基质结构的调节,测得了不同固溶比例下的样品的激发光谱和部分发射光谱以及热释光谱,并对这些实验结果进行分析.     

一种LED用红色荧光粉BaZn_2(BO_3)_2∶Eu~(3+)的合成与发光性能研究（英文）

通过高温固相法制得双峰可调节本征半导体发光Ba Zn_2(BO_3)_2∶Eu~(3+)荧光粉,此类荧光粉在300~400nm的紫外波段有很强的吸收。在375 nm的紫外光激发下,该荧光粉产生了两个宽带的发射峰,分别位于550nm和615 nm处。并且,在395 nm的紫光激发下,荧光粉会由于Eu~(3+)离子的~5D_0→~7F_2电偶极跃迁产生一个位于615 nm的强宽发射峰,这表明Eu~(3+)离子占据了反演对称中心的位置,取代了Ba Zn_2(BO_3)_2中部分的Ba~(2+)离子。当Eu~(3+)的摩尔分数达到10%时,发生浓度猝灭。在不同浓度的Eu~(3+)离子的掺杂下,Ba Zn_2(BO_3)_2∶Eu~(3+)荧光粉的发光从黄色延伸到红色,实现了荧光粉的色度可调。