Gd2O3:(Ce3+,Eu3+)微晶中稀土离子间的级联能量传递

本文了纳米Gd2O3:(Ce^3 ,Eu^3 )的紫外与真空紫外（UV-VUV)激光谱及其选择激发下的荧光光谱,这些光谱实验表明,除Gd2O3基质与Ce^3 ,Eu^3 离子之间的能量传递外,还存在着Gd^3 与Ce^3 ,Eu^3 间的能量传递,即存在Gd^3 →Ce^3 →Eu^3 三种稀土离子间的级联传递。     

Gd203：（Ce^3 ，En^3 ）微晶中稀土离子间的级联能量传递

本文报道了纳米Gd203：(Ce^3 ,En^3 )的紫外与真空紫外（UV-VUV)激发谱及其选择激发下的荧光光谱。这些光谱实数表明,除了Gd2O3基质与Ce^3 ,Eu^3 离子之间的能量传递外,还存在着Gd^3 与Ce^3 、Eu^3 间的能量传递,即存在Gd^3 →Ce^3 →Eu^3 三种稀土离子间的级联传递。     

铈掺杂高钆镥氧化物玻璃制备和光谱性能

实验中采用高温熔融法制备了一系列高钆镥硼硅酸盐新型玻璃体系样品,研究了这种新型玻璃体系的玻璃形成区,测量了样品的玻璃稳定性和密度。结果表明,玻璃体系的玻璃形成区较广,玻璃稳定性良好（析晶温度与转变温度的差为262 ℃）,且玻璃样品的密度达到5 g/cm3。以此种玻璃体系作为基质掺入Ce3+离子,测量其透过光谱、激发光谱、发射光谱、X射线激发发射光谱以及Gd3+离子的衰减时间。结果表明,玻璃的透过性能适合Ce3+离子的掺杂,并且Gd2O3和Lu2O3对闪烁体发光都具有积极的影响,同时研究了Gd3+离子和Ce3+离子的能量传递机理及最佳能量传递掺杂摩尔比。从玻璃的物理性能和光谱性能考虑,这种闪烁玻璃系统具有广泛应用于高能物理材料中的一定潜力。     

Tb3+掺杂的氟氧碲酸盐玻璃发光性能

用高温熔融法制备了Tb³⁺掺杂的氟氧碲酸盐玻璃样品,测试了不同Tb³⁺和Gd³⁺浓度玻璃样品的密度、透过光谱、以及380 nm紫外光和X射线激发的发光光谱.着重研究了玻璃中不同Tb³⁺和Gd³⁺离子含量对玻璃性能的影响规律及机理.结果表明:氟氧碲酸盐玻璃具有较大的密度,ρ大于5 g/cm³;增加Tb³⁺离子的浓度,可以有效提高样品的闪烁发光 关键词： 铽离子 氟氧碲酸盐玻璃 闪烁玻璃 发光性能     

Ce~(3+)掺杂Gd_2O_3基闪烁玻璃的研究

实验用高温熔融法制备了Ce3+掺杂Gd2O3基闪烁玻璃样品,Gd2O3含量高达40mol%,测试了不同Ce3+掺杂浓度与Gd2O3基含量玻璃样品的密度、透过、发射、激发光谱及部分闪烁性能。研究了不同Ce3+掺杂浓度与Gd2O3基含量对玻璃样品密度及光谱性能的影响规律。结果表明:Gd2O3含量的增加不仅提高了玻璃的密度,有利于提高玻璃的辐射性能,还增大了玻璃的光碱度,增大Stokes位移,有利于提高闪烁光的发光效率;Ce3+浓度的提高增大了Ce3+间碰撞的几率,产生能量损失,表现出浓度淬灭效应。在Gd2O3基闪烁玻璃中,随Gd2O3含量增加激发峰的红移较小,高Gd2O3含量的氧化物玻璃中存在Gd3+→Ce3+能量转移机制,Gd3+离子可有效地向Ce3+离子传递能量,敏化Ce3+离子的发光。玻璃样品的衰减时间在17-37ns之间。Ce3+掺杂Gd2O3基闪烁玻璃有望在高能物理等领域中获得应用。     

Tb3+掺杂高密度锗酸盐闪烁玻璃的发光性质

采用高温熔融法制备了Tb³⁺掺杂高密度锗酸盐玻璃。分别测试了该玻璃的透过光谱、密度、荧光光谱、荧光寿命及X射线激发发光光谱,揭示了该玻璃的物理化学性质和发光性质。透过光谱表明该玻璃具有良好的可见光透过率。高含量的Lu₂O₃和Gd₂O₃使得玻璃的密度高达6.4 g/cm³。该玻璃在377 nm光和X射线激发下发出强的绿光。544 nm发光的荧光寿命为1.325~1.836 ms。研究结果表明,Tb³⁺掺杂高密度锗酸盐玻璃是一种可用于慢速事件X射线探测器的候选闪烁材料。     

GdF3:Eu3+纳米晶的VUV荧光性质

利用微乳液水热法制备出GdF3：Eu^3＋纳米晶及纳米棒。用X射线粉末衍射（XRD）和透射电子显微镜（TEM）等手段对材料的结构、形态及粒径大小等进行了表征。室温下真空紫外（vuv）光谱及荧光光谱表明GdF3：Eu^3＋纳米晶中的Gd^3＋离子吸收一个光子,并将能量分两步传递给Eu^3＋,发生了双光子发射。从各跃迁的积分强度和量子效率表达式可以得到材料在160nm紫外光激发下的量子效率约为170％。     

Ce~(3+)掺杂氟氧铝硅酸盐玻璃闪烁性能的研究

采用高温熔融法,在还原气氛(CO)下制备了Ce~(3+)掺杂的Gd2O3基氟氧闪烁玻璃,系统地研究了BaF_2对闪烁玻璃密度,光学性能以及闪烁性能的影响。比较了闪烁玻璃与BGO晶体在紫外激发以及X射线激发下的荧光强度。结果表明:BaF_2能增加玻璃的密度,且Ba F2含量越高,玻璃密度越大;BaF_2能增强Ce~(3+)的紫外以及X射线激发发光,BaF_2的最佳摩尔分数为15%;BaF_2含量相同时,由于电荷迁移猝灭以及Gd~(3+)的浓度猝灭,随着Gd_2O_3含量增加,Ce~(3+)的紫外激发以及X射线激发发光强度逐渐降低,X射线激发的光谱积分强度从相当于BGO的143%下降到BGO的19%,荧光寿命从46.5 ns降低到30.5 ns。该玻璃的光致发光强度明显强于BGO晶体,但是闪烁发光却弱于BGO晶体。     

Ho3+掺杂GeO2-Ga2O3-Li2O-BaO-La2O3玻璃的光谱和增益特性的计算

用高温熔融法制备了不同Ho3+浓度掺杂的65GeO2-12Ga2O3-8Li2O-10BaO-5La2O3-χHo2O3锗酸盐玻璃.从吸收光谱出发,应用Judd-Ofelt理论,获得了Ho3+离子的跃迁强度参量（Ω2,Ω4,Ω6）,并由此计算了Ho3+离子的自发辐射跃迁几率A,荧光分支比β,辐射能级寿命τ等光谱参量.根据McCumber理论,计算了Ho3+离子能级5I8→5I7（2.0 μm）跃迁的吸收截面和受激发射截面,同时也获得了相应的反映粒子数反转的增益截面光谱.钬掺杂的锗酸盐玻璃,其增益截面的最大值比所报道的氟锆铝酸盐玻璃大.结果表明,Ho3+掺杂的锗酸盐玻璃在2.0 μm附近波段的中红外激光器中将有一定的应用前景.     

Tb~(3+)激活的重金属氧化物闪烁玻璃的发光性能研究

采用高温熔融法制备了不同Ln2O3(Ln=Lu,Y,Gd)情况下Tb3+激活的重金属氧化物闪烁玻璃样品。测试了不同Ln2O3玻璃样品的密度,差热特性,透过、发射和激发光谱。着重研究了玻璃成分中不同稀土氧化物对闪烁玻璃的密度及发光性能的影响规律及机理。结果表明:在含Ln2O3闪烁玻璃中,含Lu2O3硅硼酸盐玻璃的密度最高,接近6g/cm3,发光强度性能最差。含Gd2O3硅硼酸盐玻璃的密度接近含Lu2O3硅硼酸盐玻璃的密度,其发光强度最大。其原因是Gd3+离子能把能量以共振能量传递的形式给Tb3+离子,提高Tb3+离子的发光强度。但当Gd3+离子浓度增大到一定程度时,能量传递的效率却明显减弱。含Gd3+离子的闪烁玻璃密度较高,发光强度大,是一种很有前景的闪烁材料。     

Dy3+对Tb3+激活硅酸盐氟氧闪烁玻璃发光性能的影响

采用高温熔融法制备了Dy3+或Tb3+单掺和Dy3+/Tb3+共掺硅酸盐氟氧闪烁玻璃。通过对傅里叶变换红外光谱、透射光谱、光致激发和发射光谱、X射线激发发射光谱及荧光衰减曲线的分析,研究Dy3+与Tb3+之间的能量传递关系以及Dy3+对Tb3+激活硅酸盐氟氧闪烁玻璃发光性能的影响。实验结果表明：Dy3+/Tb3+共掺硅酸盐氟氧闪烁玻璃具有较高的密度和良好的可见区透过率,玻璃的网络结构是由[SiO₄]四面体和[AlO₄]四面体连接构成。在紫外光激发时,Dy3+单掺玻璃的发光源于Dy3+的4F_9/2→6H_15/2(483 nm),6H_13/2(576 nm)的跃迁发射,而Tb3+单掺玻璃的发光则源于Tb3+的5D₄→7F₆(489 nm),7F₅(544 nm),7F₄(586 nm)和7F₆(623 nm)的跃迁发射。对于Dy3+/Tb3+共掺玻璃,发射光谱则主要由Tb3+的荧光发射组成。通过对不同波长紫外光激发的发射光谱分析发现,Dy3+/Tb3+共掺闪烁玻璃中存在多种形式的能量传递。在以Dy3+的特征激发452 nm为激发波长时,Tb3+单掺玻璃的发光很弱。但随着Dy3+的引入,通过4F_9/2(Dy3+)→5D₄(Tb3+)的能量传递,Tb3+发光得到敏化增强。Dy3+/Tb3+共掺玻璃的发光强度随着Dy₂O₃含量的增多而增强,Dy₂O₃含量为1 mol%时达到最大,更高Dy₂O₃含量的样品由于Dy3+的浓度猝灭,减少了向Tb3+的能量传递,发光强度减弱。当激发波长减小到350 nm时,Dy3+和Tb3+均被激发到更高的能级6P_7/2(Dy3+)和5L₉(Tb3+),此时除了4F_9/2(Dy3+)→5D₄(Tb3+)的能量传递外,还出现了5D₄(Tb3+)→4F_9/2(Dy3+)的能量回传。Dy3+掺杂浓度较低时,Dy3+→Tb3+能量传递作用较强,Tb3+发光得到敏化增强。随着Dy₂O₃含量的增多,Tb3+→Dy3+能量传递作用增强。当Dy₂O₃含量超过0.4 mol%时,Tb3+→Dy3+能量传递强于Dy3+→Tb3+能量传递,减少了Tb3+的辐射跃迁发光,因此Dy3+/Tb3+共掺玻璃的发光强度开始减弱。由于Gd3+向Dy3+或Tb3+均可进行有效的能量传递,因此在以Gd3+的特征激发274 nm为激发光时,Dy3+/Tb3+共掺玻璃中出现了Dy3+和Tb3+对Gd3+传递能量的竞争。随着Dy₂O₃含量的增多,Tb3+所获得的能量不断减少,同时伴随着Tb3+→Dy3+能量回传和Dy3+之间的无辐射交叉弛豫作用,Dy3+/Tb3+共掺玻璃的发光强度不断减弱。对Dy3+/Tb3+共掺闪烁玻璃中Tb3+的5D₄→7F₅荧光衰减曲线分析还发现,随着Dy₂O₃含量的增多,Tb3+的荧光寿命从2.24 ms缩短到1.15 ms,曲线从单指数形式变为双指数形式,进一步证明玻璃中存在5D₄(Tb3+)→4F_9/2(Dy3+)的能量回传。X射线激发发射光谱显示,Dy3+的引入对Tb3+激活闪烁玻璃的辐射发光具有很强的负面影响,而这种负面影响不足以通过Dy3+→Tb3+能量传递来弥补,因此Dy3+/Tb3+共掺玻璃的辐射发光强度随着Dy₂O₃含量的增多而不断减弱。由此可见,在Tb3+激活硅酸盐氟氧闪烁玻璃中,不宜将Dy3+作为敏化剂,用于增强Tb3+的发光。     

Ce~(3+)和Tb~(3+)掺杂钆-钡-硅酸盐闪烁玻璃的发光性能

采用高温熔融法制备Ce~(3+)或Tb~(3+)单掺和Ce~(3+)/Tb~(3+)共掺钆-钡-硅酸盐闪烁玻璃。通过透射光谱、光致激发和发射光谱、X射线激发发射光谱及荧光衰减曲线等手段对其发光性能进行研究。实验结果表明:在紫外光的激发下,Tb~(3+)掺杂闪烁玻璃发出明亮的绿光(544 nm),而Ce~(3+)掺杂闪烁玻璃发出蓝紫光。对于Ce~(3+)/Tb~(3+)共掺闪烁玻璃,在紫外光和X射线激发下均观察到Ce~(3+)离子敏化Tb~(3+)离子发光的现象,这是由于存在Ce~(3+)→Tb~(3+)的能量转移。Ce~(3+)/Tb~(3+)共掺闪烁玻璃的最佳Ce2O3掺杂摩尔分数为0.2%,此时Ce~(3+)离子向Tb~(3+)离子的能量传递效率为45.7%。在X射线激发下,Ce_2O_3摩尔分数为0.2%的Ce~(3+)/Tb~(3+)共掺闪烁玻璃在544 nm处的发光强度是Bi_4Ge_3O_(12)(BGO)闪烁晶体在500 nm处发光强度的4.2倍,积分闪烁效率达到BGO晶体的55.6%,这有利于在高分辨率医学成像中降低辐射剂量。     

Dy3+单掺和Er3+,Yb3+共掺氧氟微晶玻璃的发光性能

采用高温熔融法和热处理工艺制作了含有GdF3纳米晶的氧氟微晶玻璃。在386 nm激发下,Dy3+掺杂氧氟微晶玻璃的发光强度明显增强,且蓝光对黄光的发光强度比逐渐增大,表明Dy3+已进入到GdF3纳米晶中。在980 nm激光器泵浦下,Er3+,Yb3+共掺氧氟微晶玻璃的上转换发光随着热处理温度的升高明显增强,Er3+的上转换发光出现明显的Stark分裂现象,这亦说明Er3+已进入到GdF3纳米晶相中。通过研究上转换发光强度与泵浦功率的关系,确定绿光上转换发光为双光子过程。     

OH-对Er掺杂的亚碲酸盐氟氧化物玻璃上转换发光的影响

Er掺杂的亚碲酸盐玻璃具有很好的上转换性质,加入氟化物在干燥的气氛下可以制备低OH^-根含量的氟氧化物玻璃,同样组分在湿润的气氛下,仍有较高的OH^-根含量.通过傅里叶红外吸收光谱、荧光衰减曲线及上转换光谱研究了在干燥和湿润气氛下,亚碲酸盐氟氧化物玻璃的OH^-含量,以及对上转换发光的影响.在干燥的气氛下制备的亚碲酸盐玻璃的OH^-浓度为0.017×10²⁰cm^-3是湿润的气氛下制备玻璃中的1/15,其543nm绿光上转换效率增加了2.4倍.     

Eu~(3+)掺杂碲酸盐闪烁玻璃的研究

用高温熔融法制备了Eu3+掺杂的碲酸盐闪烁玻璃。测试了Eu3+不同掺杂浓度玻璃样品的密度、差热特性、吸收、发射、激发光谱及X射线激发下的闪烁光谱。研究了不同Eu3+掺杂浓度对玻璃样品的密度、光谱性能的影响规律及掺杂离子的浓度猝灭效应。研究结果表明:Eu3+掺杂碲酸盐具有较大的密度和较强的闪烁发光,随着Eu3+浓度增加,由于Eu3+间的间距减小,共振能量转移几率增大,致使发光强度增强;但当掺杂到7mol%的高浓度时,会发生浓度猝灭效应。     

Tb3+掺杂硅酸盐闪烁玻璃发光特性

对Tb³⁺掺杂的硅酸盐闪烁玻璃进行了研究。对玻璃基质、敏化剂、发光激活剂组分进行了优化,改进了熔制温度、保温时间、气氛等工艺条件。根据氟化物具有较好的稀土可溶性,具有相对较低的声子能量,调整了闪烁玻璃中的氟化物含量。讨论了Tb³⁺离子和Gd³⁺,Dy³⁺离子对闪烁玻璃发光性能的影响。闪烁玻璃样品的激发和发射光谱、光衰减时间谱等结果显示:闪烁玻璃基质中由Gd³⁺和Dy³⁺离子向发光中心Tb³⁺离子的无辐射能量共振转移以及在一定浓度范围内Tb³⁺离子之间的交叉弛豫过程对玻璃的发光性能有重要影响。Tb³⁺离子在一定浓度范围内具有自敏化效应,随着Tb³⁺离子浓度的增加,绿色荧光得到增强,蓝紫色荧光减弱,Tb³⁺掺杂硅酸盐闪烁玻璃的发光性能有明显的提高。     

Cr3+单掺杂及Eu3+/Cr3+共掺杂GdAlO3近红外长余辉发光纳米粒子的制备、微结构及光学特性

同时可作为磁共振成像造影剂与近红外余辉光学成像光学探针双功能的纳米粒子,在生物医学领域具有重要的应用价值。采用自蔓延燃烧法制备了不同掺杂浓度的GdAlO₃∶x%Cr3+及GdAlO₃∶1%Cr3+, y%Eu3+近红外长余辉发光纳米粒子。并采用X射线衍射、扫描电子显微镜、激发和发射光谱及发光动力学分析等技术手段,较系统地研究了其微结构及光学特性。实验结果表明,Cr3+取代了GdAlO₃中的Al3+的格位,单掺样品的平均粒子尺寸约为202 nm。GdAlO₃∶x%Cr3+样品的激发谱显示,激发峰来源于Cr3+和Gd3+的跃迁;在583 nm的激发下,在650～750 nm近红外范围内,出现四个近红外光发射峰。其中,725 nm处的发射峰归属为禁戒跃迁2E到4A₂的零声子线, 700和750 nm处的发射峰则为声子边带的发射。在0.2%～2.0%的掺杂浓度范围内,随着Cr3+掺杂浓度的增加,这些发射峰的强度先增强后减弱,最优浓度为1%。而位于735 nm处的发射峰强度随Cr3+浓度增大而增大,其归属于Cr3+-Cr3+对的发光。同时,单掺样品可观察到位于725 nm的长余辉发光,其中GdAlO₃∶1%Cr3+纳米粒子的余辉时间最长,并超过30 s。在上述Cr3+最优浓度（1%）基础上,通过Eu3+取代GdAlO₃基质中Gd3+的格位,实现了Eu3+/Cr3+共掺杂。实验发现,在266 nm激发下,在红光区域范围内可观察到以位于614 nm处的发射为主的一系列发射峰。尤其,由于存在Eu3+到Cr3+的能量传递,在近红外区出现了位于725 nm处Cr3+的近红外发射峰。当Eu3+浓度为13%时,与Cr3+单掺杂样品相比,其样品的平均粒子尺寸虽然减小到167 nm,但在275 nm紫外光照射5 min停止后,发现共掺样品在位于725 nm处Cr3+的余辉发光强度明显增强。通过比较分析单掺和共掺样品的吸收和发射光谱及发光动力学的结果,验证了由于Eu3+到Cr3+的持续能量传递可引起较显著地近红外余辉发光增强的结论。同时,该研究为设计新型的近红外长余辉发光纳米材料提供了新的思路。     

硼酸盐玻璃中某些稀土离子的浓度效应及其能量传递过程

本文系统地报道了硼酸盐玻璃中Ce3+、Sm33+、Eu3+、Ga3+、Tb3+、Dy3+浓度效应,观察到Eu3+、Gd3+、Tb3+在硼酸盐玻璃中随浓度增加其发光强度增强,而Ce3+、Sm3+、Dy3+当其浓度增加到一定数值后,发光强度反而减弱,初步探讨了不同浓度效应的原因.本文还观察到硼玻璃中某些稀土离子对Eu3+、Tb3+离子发光的敏化作用,及讨论了Gd3+和Eu3+、Tb3+之间的能量传递过程,计算其能量传递的效率和几率.估计了能量传递的规律机理.