Near-ultraviolet Upconversion Luminescence in CaF2∶ Yb3+, Er3 + Nanocrystals

研究了Er3+和Yb3+共掺杂的CaF2纳米材料的制备及其紫外上转换发光性质.在980 nm二极管激光器激发下,该材料可发出相对较强的紫外和绿色双色上转换发光.研究了敏化离子Yb3+以及发光中心离子Er3+掺杂量对该材料紫外上转换发光相对强度的影响,并进一步对该材料紫外上转换发光增强的可能机制进行了探讨.     

氟化物中Yb3+对Ho3+, Tm3+的直接敏化上转换作用

采用双掺杂(Yb^3 ／Ho^3 )和多掺杂(Ho^3 ／Yb^3 ／Tm^3 )方式,研究了氟化物中Yb^3 对Ho^3 ,Tm^3 的直接敏化上转换作用,并对它们在980nm激光激发下的上转换光谱特性进行了比较,对它们的上转换机理作了详细的讨论分析。观测到两处很强的上转换发光,分别是Yb^3 ／Ho^3 共掺杂体系中^5F4^5S2(Ho^3 )→^5Is(Ho^3 )的荧光跃迁和Ho^3 ／Yb^3 ／Tm^3 共掺杂体系中^3H4(Tm^3 )→H6(Tm^3 )的荧光跃迁。还发现由于添加了Tm^3 ,减弱了Yb^3 ／Ho^3 共掺杂体系中Ho^3 在可见光范围的上转换发光强度。     

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。     

水热法合成稀土氟化物材料YLiF4:Er,Tm,Yb的上转换发光特性

利用水热法合成了不同掺杂浓度Er^3 ,Tm^3 和Yb^3 的YLiF4材料,研究了Er^3 ,Tm^3 和Yb^3 在材料中的光吸收,以及在980nm红外光激发下样品的上转换发光特性。实验发现,在980nm激光激发下,光功率为数10mW,材料可以发出很强的白光。测量发现,蓝光来源于Tm^3 绿光来源于Er^3 ,而红光来源于Tm^3 和Er^3 的共同作用。通过分析输出光强与泵浦功率的双对数曲线,发现484nm蓝光发射,524和552nm绿光发射以及665nm红光发射均属于双光子过程,450nm蓝光和359nm紫外光属于三光子过程。分析发光机理属于协作敏化和声子辅助共振能量传递过程的结合。     

白光LED用Li^+/La^3+共掺杂BaSi2O5∶Eu^2+绿光发射荧光粉的制备及其发光性能和热稳定性

通过Li^+/La^3+同比例共掺杂策略,在氢气气氛下烧结制备了Li0.06La0.06Ba0.84Si2O5∶4%Eu^2+(LLBSO∶Eu2+)高效绿色发光荧光粉。相比于未掺杂样品Ba0.96Si2O5∶4%Eu2+(BSO∶Eu^2+),Li^+/La^3+共掺有助于单一相LLBSO∶Eu^2+荧光粉的合成,能有效降低烧结的温度和缩短合成时间。我们发现该策略节约荧光粉合成成本的同时,也可以显著提高其光学性能。相关测试表明,Li+/La3+共掺杂样品平均颗粒尺寸主要分布在1.1~2.7μm,颗粒团聚现象不明显,符合涂覆LED芯片要求。该样品可以有效地被365 nm近紫外LED芯片激发,产生位于502 nm的强的宽带绿光发射,其归属于Eu2+的5d-4f跃迁,发光强度是未掺杂样品的168%。此外,LLBSO∶Eu^2+荧光粉在150℃时发光强度仍保持在室温时的98%左右,具有良好的热稳定性。该样品CIE坐标位于绿光区(0.217,0.410)。通过绿粉/红粉和绿粉/红粉/蓝粉混粉策略,制得了色温为2918~4037 K的白色发光LED,其显色指数(Ra)均大于85,具有良好的热稳定性。实验结果表明,Li^+/La^3+共掺单一相的BSO∶Eu^2+绿色发光荧光粉是制备近紫外激发白光发射LED的优良候选荧光粉材料。     

Yb3+和Er3+共掺杂的CaF2纳米晶近紫外上转换发光

研究了Er³⁺和Yb³⁺共掺杂的CaF₂纳米材料的制备及其紫外上转换发光性质。在980 nm二极管激光器激发下,该材料可发出相对较强的紫外和绿色双色上转换发光。研究了敏化离子Yb³⁺以及发光中心离子Er³⁺掺杂量对该材料紫外上转换发光相对强度的影响,并进一步对该材料紫外上转换发光增强的可能机制进行了探讨。     

氟化锆基质材料中单掺Yb3+的上转换特性

在众多的稀土掺杂氧化物、氟化物或氟氧化物基质材料的能量上转换研究当中,Yb^3 单独掺杂的能量上转换研究在国内报道的很少。这是因为,研究者们普遍都认为Yb^3 只是一种良好的敏化剂,主要起能量转移作用。采用固相合成法,稀土Yb单独掺杂ZrF4基质材料,在1200℃烧结合成了粉末样品。样品用功率为几mW的半导体红外激光980nm激发,肉眼就可看到上转换的明亮的红光。在实验室用功率为几十mW的半导体红外激光980nm激发,用光谱仪测量到红、绿、蓝及紫4个波段的上转换荧光光谱,其波峰在412,478,558,671nm波长处,实验反复验证,认为上转换来自Yb^3 的准能级向Yb^3 基态^2F7／2的跃迁。     

Er~(3+)浓度对Er~(3+)/Yb~(3+)共掺氟氧化物玻璃陶瓷上下转换发光的调控(英文)

在980nm激光激发下,Er3+/Yb3+共掺的发光材料既可以在可见光范围产生上转换发光,也可以在近红外波段产生下转换发光,二者存在竞争关系。本文利用熔融淬火法制备了一系列掺杂不同Er3+/Yb3+浓度的氟氧化物玻璃陶瓷,测量了样品在980 nm激光激发下的上转换及下转换发射光谱。研究发现,改变Er3+的掺杂浓度可以调控上下转换的发光强度。在此基础上,提出了上下转换发光的能量传递模型。本文的研究结果有利于该类材料在不同领域中的应用。     

反向能量传递增强Er^(3+)上转换发光EI北大核心CSCD

提高上转换发光效率是促进上转换发光材料实际应用的关键。在NaErF_(4)@NaYF_(4)体系中,惰性NaYF_(4)壳层可以抑制高组分Er^(3+)掺杂下的发光浓度猝灭,其上转换发光主要来源于Er^(3+)-Er^(3+)的能量传递上转换。本文利用共沉淀法制备了Er^(3+)和Yb^(3+)分区掺杂的NaErF_(4)@NaYbF_(4)@NaYF_(4)核壳结构的纳米颗粒,通过包覆惰性壳层研究Er^(3+)-Yb^(3+)-Er^(3+)之间的能量传递和反向能量传递过程。由于808 nm波长只能激发Er^(3+)而不能激发Yb^(3+),因此在808 nm波长激发下,Er^(3+)在惰性壳层的保护作用下将激发态能量传递给Yb^(3+),随后通过反向能量传递回Er^(3+),使得Er^(3+)的上转换发光增强。实验结果发现,当中间层Yb^(3+)掺杂浓度为100%时,绿色和红色上转换发光最大增强倍数为24.9和9.79。     

Yb~(3+)/Tm~(3+)共掺杂Sb_2O_4荧光粉的制备及上转换发光性质研究

高温固相法制备了Yb3+/Tm3+共掺的Sb2O4发光粉体,研究了其上转换发光性质。在980nm半导体激光器的激发下,样品发射较强的近红外(800nm)和较弱的蓝色(480nm)及红色(680nm)上转换发光。粉末样品中稀土Yb3+及Tm3+浓度对上转换发光性质具有显著的影响,随着Yb3+或Tm3+浓度的增加,上转换发光增强;Tm3+掺杂浓度达0.8%时其上转换发光强度达到最大,之后上转换发光随Tm3+浓度的增加而减弱,这是由于浓度猝灭引起的。探讨了粉末样品的上转换发光机理,在980nm激发下Tm3+的蓝光和近红外上转换发光均属于二光子的上转换发光过程。     

水热合成六方相NaYbF4∶Er3+/Tm3+的上转换白光性质

在反应温度为220℃,反应时间为48h的温和条件下,利用水热法合成单掺杂或共掺杂Tm3 、Er3 的六方相NaYbF4体系,利用X射线粉末衍射、紫外-可见-近红外漫反射吸收光谱以及荧光光谱等测试手段,分析体系的物相结构和荧光性能。在980nm红外激光的激发下,NaYbF4∶Er3 体系能发出强的绿光和红光,两者分别对应于Er3 离子的(2H11/2,4S3/2)→4I15/2、4F9/2→4I15/2能级跃迁;NaYbF4∶Tm3 体系能发出对应于Tm3 离子1D2→3F4和1G4→3H6能级跃迁的强蓝光;而NaYbF4∶Er3 /Tm3 体系能同时发出红蓝绿三种颜色的光;各发射的归属与单掺杂相同,但由于Er3 和Tm3 离子之间存在能量交叉弛豫,致使各发光强度发生变化。通过控制Er3 和Tm3 离子的浓度及其比例,可以调整NaYbF4∶Er3 /Tm3 体系的上转换蓝光、绿光和红光强度的比例,结果表明,在980nm红外激光的激发下,NaYbF4∶Er3 /Tm3 (0.4%/0.4%)能发出近似白光的上转换发射。因此,NaYbF4∶Er3 /Tm3 有望成为单一基质的上转换白光材料。     

Er3+浓度对Er3+/Yb3+共掺氟氧化物玻璃陶瓷上下转换发光的调控

在980 nm激光激发下,Er³⁺/Yb³⁺共掺的发光材料既可以在可见光范围产生上转换发光,也可以在近红外波段产生下转换发光,二者存在竞争关系。本文利用熔融淬火法制备了一系列掺杂不同Er³⁺/Yb³⁺浓度的氟氧化物玻璃陶瓷,测量了样品在980 nm激光激发下的上转换及下转换发射光谱。研究发现,改变Er³⁺的掺杂浓度可以调控上下转换的发光强度。在此基础上,提出了上下转换发光的能量传递模型。本文的研究结果有利于该类材料在不同领域中的应用。     

Ho~(3+)/Yb~(3+)共掺杂玻璃陶瓷50SiO_2-50PbF_2的上转换及中红外发光特性

玻璃陶瓷又称为纳米微晶玻璃,是玻璃基质中包含约10nm的纳米微晶。在稀土掺杂的玻璃陶瓷中,稀土主要掺杂在氟化物纳米晶中。这种材料在发光应用中具有氟化物和氧化物的优点,是上转换发光和中红外发光效率高的基质材料。研究Ho3+/Yb3+共掺杂的玻璃陶瓷(50SiO2-50PbF2-1.0YbF3-0.5HoF3)的上转换和中红外发光性质。玻璃陶瓷吸收光谱的半高宽比玻璃前驱物更窄,而且长波吸收峰的Stark劈裂更加明显,表明稀土离子掺杂在晶体中。通过吸收光谱计算了J-O参数,Ω2值(0.17×10-20 cm2)比氟化物玻璃ZBLA(2.28×10-20 cm2)的低很多。在980nm激光激发下,Ho3+/Yb3+共掺杂的玻璃陶瓷有很强的绿光上转换荧光和蓝光、红光上转换荧光。与玻璃相比,绿光和蓝光光强增强明显,而红光基本不变。玻璃陶瓷中的Ho离子掺杂在声子能量低的PbF2晶体中,低的声子能量使发光能级的无辐射弛豫率降低,从而增加了绿光和蓝光的上转换效率。低的无辐射弛豫率同时也降低了红光上转换中间能级(5 I7)的粒子数布居,因此红光上转换没有增强。在980nm激光激发下Ho3+/Yb3+共掺杂的玻璃陶瓷有很强的2.9μm中红外荧光,而在玻璃前驱物中观察不到中红外荧光。     

980 nm LD 激发下Yb3+,Er3+:Y2O3纳米晶粉体的上转换发光

用共沉淀法合成出Yb^3＋,Er^3＋离子双掺杂的Y2O3粉体,X射线衍射结果表明所制备粉体为立方Y2O3结构。场发射扫描电镜照片显示其颗粒形状为球形,粒径为60～80nm;该粉体在波长为980nm的半导体激光器激发下发射出中心波长为562nm的绿色和660nm的红色上转换荧光,分别对应于Er^3＋离子的^4S3/2H11／2→^415/2跃迁和^4F6/2→^415/2跃迁。发光强度和激发功率关系的研究揭示其均为双光子过程,能量传递和激发态吸收是上转换发光的主要机制。由于其高效的上转换发光性能,这种材料有可能应用于荧光标记和红外探测方面。     

Tm3+/Yb3+共掺铋碲酸盐玻璃中的高效蓝色上转换荧光

制备了高折射率Tm3+/Yb3+共掺杂铋碲酸盐玻璃,利用棱镜耦合法测量出玻璃在632.8和1550 nm波长处的折射率分别为2.0365和1.9795. 对玻璃的吸收、荧光和红外透过光谱展开了测试与分析,根据Judd-Ofelt理论对吸收光谱进行拟合,求得Tm3+的振子强度参数Ωt(t=2,4,6)分别为3.90×10-20, 2.03×10-20和9.03×10-21 cm2,并进一步计算了Tm3+在玻璃中各能级跃迁的振子强度、自发辐射跃迁概率、辐射寿命和荧光分支比等光谱参数. 在980 nm激光激发下测得强的蓝色三光子上转换和近红外双光子上转换荧光. 宽的红外透过窗口、高的折射率和强的蓝色上转换荧光表明,Tm3+/Yb3+共掺铋碲酸盐玻璃有希望成为高效的上转换发光和激光材料.     

Lu_(2)O_(3)∶Er^(3+)/Yb^(3+)荧光材料的上转换发光及其温度传感特性EI北大核心CSCD

采用CO_(2)激光区熔法制备了Lu_(2)O_(3)∶0.5%Er^(3+)/x%Yb^(3+)(x=1,3,5)上转换荧光材料。X射线衍射结果表明,所制备的Lu_(2)O_(3)∶Er^(3+)/Yb^(3+)荧光材料具有纯Lu_(2)O_(3)晶相。在980 nm激光激发下,样品发出明亮的上转换荧光。光谱测试结果表明,样品上转换荧光强度和荧光中绿光与红光比例随Yb^(3+)离子浓度改变,当Er^(3+)和Yb^(3+)离子浓度分别为0.5%和3%时,样品上转换荧光强度最强。通过荧光强度比(FIR)技术研究了样品Lu_(2)O_(3)∶0.5%Er^(3+)/3%Yb^(3+)在298~873 K温度范围内上转换荧光温度传感特性,在532.8 K时最大绝对灵敏度为0.0060 K^(-1),在298 K时最大相对灵敏度为0.0090 K^(-1)。结果表明,Lu_(2)O_(3)∶Er^(3+)/Yb^(3+)荧光材料非常适合用于宽温度范围荧光温度传感。     

970 nm抽运下Tm3+/Yb3+共掺氧氟玻璃的频率上转换发光

稀土离子掺杂的氧氟玻璃是一种新型上转换发光材料。制备了Tm^3／Yb^3＋单掺、共掺的摩尔分数为n（SiO2）-0．30,n（PbF2）-0．50,n=（Al2O3）=0．15,n（AlF3）=（0．049-x）,n（TmF3）=y,n（YbF3）=x（x=0,0．001,0．010,0．015,0．020,y=0,0．001）系统氧氟玻璃,研究了其上转换发光特性、分析了其上转换发光机理。研究发现,在970nm抽运光源激发下,Tm^3＋单掺时没有可见光上转换发射;而加入Yb^3＋后产生了强的蓝光（452nm,476nm）、红光（647nm）及近红外光（791nm）发射,分别对应如下辐射跃迁：^1D2→^3F4、^1G4→^3H6、^1G4→^3F4和^3H4→^3H6;且随着Yb^3＋离子浓度的增加上转换发光增强。在970nm光源抽运下用Yb^3＋敏化Tm^3＋可以显著提高其上转换发光强度,且随着Yb^3＋离子浓度的增加,增强了对抽运光源的吸收并提高了Yb^3＋到T^3＋”的能量转移几率,从而增强了上转换发光强度。     

Tm3+/Yb3+共掺杂ZBLAN玻璃的多光子紫外上转换发光

利用光谱分析手段研究了熔融淬火法制备的Tm和Yb共掺杂的重金属氟化物玻璃ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3-NaF的上转换发光性质.在980 nm连续激光的激发下,观察到了较强的363 nm(1D2→3H6),347nm(1I6→3F4)和291 nm(1I6→3H6)的紫外上转换发光,以及中心位于454 nm,4...     

Tm3+/Yb3+共掺氟氧硅铝酸盐玻璃陶瓷蓝色上转换发光研究

按摩尔百分比制备了组分为30S102.(20-x-y)Al2O3-4OPbF2-1OCdF2-xTm2O3-yYb2O3的两组Tm3 ,Yb3 共掺杂氟氧硅铝酸盐上转换蓝色发光玻璃陶瓷材料,测量了其在980nm激光激发下的上转换发光光谱,分析了此材料中Tm3 /YI)3 发光体系的上转换发光机理,并系统地研究了Tm3 离子和Yb3 离子的浓度对该材料上转换发光性能的影响.研究表明:由于Tm3 离子之间存在着交叉弛豫作用使得蓝光(477nm)发光强度随Tm3 离子浓度增加而减弱,实验获得的最佳掺杂浓度为x=0.025(mol%);另外,在Tm3 /Yb3 上转换发光体系中,Yb3 离子合作上转换能量传递过程和三光子过程是共同存在的,随着yb3 离子浓度的增加,Tm3 离子3H4能级到Yb3 离子2F5/2能级的反向能量传递增强使3H4能级上粒子布居数不断减少,三光子过程作用减弱;但是Yb3 离子合作上转换能量传递过程则发挥越来越大的作用,使上转换蓝光强度总体上不断增加.     

NaGd(WO 4)2∶Yb^3+,Ho^3+,Cr^3+微米晶的上转换发光与温度特性

采用水热法制备了NaGd(WO4)2(NGW)∶Yb^3+,Ho^3+,Cr^3+微米晶。研究了Cr^3+离子掺杂浓度对样品的晶体结构、微观形貌、上转换发光及温度传感特性的影响。在980 nm激光激发下,所有样品均发射以546 nm为中心的较弱绿光和以660 nm为中心的强红光,分别对应于Ho^3+离子的5F4,5S2→5I8和5F5→5I8能级跃迁。随Cr^3+离子掺杂量增加,绿光发射峰强度逐渐减弱,而红光发射先增大后减小,在10%时达到最大,样品色坐标逐渐向红色区域偏移。样品的变温光谱表明,NGW∶Yb^3+,Ho^3+,10%Cr^3+微米晶具有很好的温度特性,其测温灵敏度在486 K时达到最大,约为0.0337 K^-1,比NGW∶Yb^3+,Ho^3+的灵敏度提高近1倍。