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。     

Er3+/Yb3+共掺杂铋酸盐玻璃的上转换发光和能量传递

用高温熔融法制备了Er³⁺/Yb³⁺共掺杂的45Bi₂O₃-45GeO₂-10PbO玻璃,对玻璃样品进行了光谱测试,分析了上转换发光机制和Yb³⁺→Er³⁺的能量传递效率。通过Yb³⁺离子浓度对Er³⁺离子在铋酸盐玻璃中的上转换荧光强度影响的研究,得到Er³⁺质量分数为0.5%以及Yb³⁺质量分数为2.5%时上转换发光强度最大。研究结果表明,在970nm泵浦激发下,Er³⁺/Yb³⁺共掺杂B₄₅G₄₅P₁₀玻璃在532,545,673nm处产生较强的上转换绿光和红光,是一种较为理想的上转换发光基质材料。     

Yb3+,Er3+共掺BaGd2ZnO5材料的制备及其上转换发光效率

采用溶胶-凝胶法制备了含有不同Yb³⁺,Er³⁺掺杂浓度的BaGd₂ZnO₅上转换发光材料,测量了这些样品在不同激发光密度下的上转换光发射功率及上转换效率。实验结果表明:在不同激发光密度下,所有样品的光发射功率都存在极大值,其中Yb³⁺掺杂摩尔分数为4%,Er³⁺掺杂摩尔分数为1%时样品的最大发射光功率可达20 mW;样品的上转换绝对效率也存在极大值,随着Yb³⁺和Er³⁺浓度增加,绝对效率的极大值向较低激发光密度方向移动,在Yb³⁺掺杂摩尔分数为9%,Er³⁺掺杂摩尔分数为3%时样品的上转换效率达到最高,绝对效率为3.2%,极值效率最大值为6.9%。     

Yb3+/Er3+共掺杂TeO2-WO3-ZnO玻璃的光谱性质

制备了Yb³⁺/Er³⁺共掺杂的TeO₂-WO₃-ZnO玻璃,测量了Er³⁺在玻璃中的吸收光谱和970nmLD激发下的荧光光谱、荧光寿命和上转换光谱.计算了Yb³⁺/Er³⁺间的能量传递效率和Er³⁺离子1.5μm波段的吸收截面、发射截面,并研究了其荧光强度和上转换发光与Yb³⁺掺杂浓度间的关系.结果表明,Yb³⁺共掺杂可明显提高Er³⁺离子1.5μm发射的荧光强度,实验所得Yb³⁺离子的最佳掺杂浓度为Er³⁺离子浓度的3倍,在7.28×1020ions/cm³左右.Er³⁺离子1.5μm发射的荧光半峰全宽为67～72nm;上转换红、绿光均为双光子过程,随Yb³⁺掺杂浓度的增加,上转换红、绿光强度均增强.     

Ba5SiO4Cl6: Yb3+, Er3+, Li+荧光粉的制备及上转换发光性质研究

本文采用高温固相反应法制备了Ba₅SiO₄Cl₆: Yb³⁺, Er³⁺, Li⁺ 荧光粉, 并对其上转换发光性质及其发光机理进行了研究. 在980 nm 激光的激发下, Ba₅SiO₄Cl₆: Yb³⁺, Er³⁺ 荧光粉呈现较强的红色(662 nm) 和较弱的绿色(550 nm) 的上转换发光, 红色和绿色的上转换发光分别对应于Er³⁺ 离子的⁴S_3/2/²H_11/2→⁴I_15/2 和⁴F_9/2→⁴I_15/2 跃迁, 且随着掺杂的Er³⁺ 和Yb³⁺ 离子浓度增加, 样品的上转换发光强度增加, 这是因为Yb³⁺ 离子和Er³⁺ 离子之间的能量传递效率增加引起的. 在0.5—0.8 W 功率激发下,样品属于双光子发射, 而在0.9—1.2 W 功率激发下样品具有新的上转换发光机理——光子雪崩效应. 探讨了Li⁺ 掺杂对Ba₅SiO₄Cl₆: Yb³⁺, Er³⁺ 样品的上转换发光性质的影响, Li⁺ 离子的掺杂引起Ba₅SiO₄Cl₆:Yb³⁺, Er³⁺ 上转换发光强度增加, 这是由于Li⁺ 离子的掺入降低了晶体场的对称性引起的.     

Er3+,Yb3+共掺杂SrTiO3超细粉末的可见上转换发光

钛酸锶(SrTiO₃)具有高介电常数、良好的绝缘性质、优良的物理化学稳定性和在可见光范围内的优异的透明度等优点,是一种重要的无机功能材料。近年来,Al³⁺,Ga³⁺等离子共掺杂的SrTiO₃:Pr³⁺做为一种优异的红色场发射显示(FED)荧光粉引起了人们的兴趣。另外,SrTiO₃具有相对较小的声子频率,因而它可以作为一种有利于上转换发光的基质材料。以NaCl为助熔剂制备了Er³⁺,Yb³⁺共掺杂的SrTiO₃超细粉末。在980nm激发下,样品发出很强的来自于Er³⁺离子的²H_11/2→⁴I_15/2,⁴S_3/2→⁴I_15/2(绿光)和⁴F_9/2→⁴I_15/2(红光)跃迁的上转换发光。Yb³⁺离子的共掺杂对Er³⁺离子的上转换发光起明显的增强作用。研究了上转换发光强度与稀土离子浓度以及激发光强度之间的依赖关系,表明在Er³⁺单掺杂和Er³⁺,Yb³⁺共掺杂的样品中,绿光和红光都是被双光子激发过程激发的。还对上转换发光的机理做了初步分析。     

利用Er3+光学温度传感特性研究Tm3+/Yb3+掺杂NaY(WO4)2微米球的激光辐照热效应

采用微波水热方法合成了Er³⁺/Yb³⁺及Tm³⁺/Yb³⁺两个共掺杂的绣球花状NaY（WO₄）₂微米球样品。XRD结果表明所获得的产物为纯相体心结构的NaY（WO₄）₂,利用SEM观察发现产物粒子结构为纳米片组装成的绣球花状。考虑到红外激光辐照对样品产生加热效应,采用380 nm激发下不同温度的发射光谱获得了Er³⁺/Yb³⁺共掺杂NaY（WO₄）₂微米球的温度传感特性曲线和灵敏度曲线。把Er³⁺/Yb³⁺共掺杂NaY（WO₄）₂与Tm³⁺/Yb³⁺共掺杂的NaY（WO₄）₂按质量比1：10进行混合,采用980 nm激发测量了混合物的上转换发光光谱,研究了激光持续辐照对Tm³⁺/Yb³⁺掺杂NaY（WO₄）₂样品的加热效应和Tm³⁺的¹G₄→³H₆ 跃迁发光强度随激光辐照时间的变化。实验发现980 nm激光辐照使Tm³⁺/Yb³⁺掺杂NaY（WO₄）₂样品的温度持续升高并达到某一平衡温度,Tm³⁺的蓝色上转换发光也随着激光辐照时间的延长而增强,最后达到饱和。此外,在相同条件下,Tm³⁺/Yb³⁺共掺杂样品的激光辐照热效应比Er³⁺/Yb³⁺共掺杂样品的热效应更为显著。     

激发功率、退火温度及Tm3+浓度对Tm3+/Er3+/Yb3+三掺YF3粉末上转换发光性质的影响

用水热法合成了Tm³⁺/Er³⁺/Yb³⁺三掺杂YF₃上转换发光粉末,并对其进行了结构和形貌表征.对上转换发射谱的研究表明,在相对低激发功率下,可以观察到比较明亮的近白色发光,且随着激发功率的增大,上转换发射强度迅速增大并达到饱和状态,继续增大激发功率,出现发光猝灭现象.退火温度对上转换发射强度的影响表明,随着退火温度的升高,Tm³⁺,Er³⁺的所有特征发射峰均相对增强.上转换发射谱随Tm³⁺浓度变化关系表明,在相对低Tm³⁺掺杂浓度下,Tm³⁺-Er³⁺相互作用占优势,Tm³⁺把能量传递给Er³⁺,Er³⁺发射相对增强;在相对高掺杂浓度下,Tm³⁺-Tm³⁺之间交叉弛豫过程占优势,Er³⁺发射相对减弱.从实验结果看出,该粉末的上转换发光非常丰富,从紫外到红外均有发射,是一种潜在的白色上转换发光及三维固体显示材料.     

Yb3+,Er3+双掺上转换玻璃陶瓷

制备了以PbF₂+GeO₂+WO₃SiO₂+NaF为基质组分的Yb³⁺,Er³⁺双掺稀土离子上转换发光玻璃陶瓷。采用日本产Hitachi F-4500荧光光度计,激发波长为980nm,观测到样品在550nm处出现较强的上转换发光峰,在528nm处有一个次发光峰,在650nm处有一个相对较弱的发光峰,讨论了发射光谱的特征,建立上转换发光机制,并讨论了上转换发光特征,以及基质成分、制备工艺参数、稀土离子浓度对发光性能的影响。实验中发现c(Yb³⁺):c(Er³⁺)为5:1时,上转换玻璃陶瓷的熔融温度为950℃、退火温度为380℃时,其上转换发光效率最高。     

Na+掺杂对LiYF4：Er3+/Yb3+上转换发光性能的影响

上转换发光材料由于低的发光效率,限制了其在太阳电池中的实际应用。为解决此问题,采用溶剂热法制备了LiYF₄：Er³⁺/Yb³⁺上转换发光颗粒,在LiYF₄基质中引入Na⁺来打破Er³⁺周围晶体场的对称性,增强其发光性能。研究了Na⁺掺杂对LiYF₄：Er³⁺/Yb³⁺的结构、形貌及其发光的影响。结果表明：掺杂的Na⁺可以裁剪Er³⁺周围的晶体场,当Na⁺摩尔分数为15%时,得到了较大的发光增强,绿光和红光发射分别获得4.2倍和2.9倍的增强。Er³⁺周围晶体场对称性的降低和材料中OH基团的减少是其发光增强的主要原因。     

Er3+单掺、Er3+/Yb3+共掺杂Ca12Al14O32F2的 制备及上转换发光性质

利用高温固相法成功制备了Er~(3+)单掺、Er~(3+)/Yb~(3+)共掺杂Ca_(12)Al_(14)O_(32)F_2上转换发光样品。在980 nm激光激发下,Er~(3+)单掺和Er~(3+)/Yb~(3+)共掺杂样品均呈现出较强的绿光(528,549 nm)和较弱的红光(655 nm)发射,分别归因于Er~(3+)离子的~2H_(11/2),~4S_(3/2)→~4I_(15/2)和~4F_(9/2)→~4I_(15/2)能级跃迁。随着Er离子浓度的增加,单掺杂样品上转换发光强度先增大后减小,最佳掺杂浓度为0.8%。共掺杂Yb~(3+)后,Er~(3+)的发光强度明显增大。还原气氛下合成的样品上转换发光强度增大约两倍,可能和笼中阴离子基团变化有关。发光强度和激发光功率的关系表明所得上转换发射为双光子吸收过程,借助Er~(3+)-Yb~(3+)体系能级结构详细讨论了上转换发射的跃迁机制。     

Er3+单掺和Er3+/Yb3+共掺碲酸盐玻璃的光谱性质及能量传递

采用高温熔融法制备了新型Er3+单掺和Er3 +/Yb3+共掺的TeO2-Bi2O3-SiO2-B2O3玻璃,测试并分析了样品的吸收光谱、发射光谱以及Er3 +/Yb3共掺杂样品的发射光谱和荧光寿命.计算出了玻璃的J-O强度系数Ωt(t=2,4,6);系统讨论了Er3+/Yb3+共掺杂样品在808 nm激光激发下,Yb...     

Ln2Sn2O7：Er3+纳米晶的制备及发光性能研究

采用溶胶-凝胶法合成Ln₂Sn₂O₇:Er³⁺(Ln=La,Gd,Y)纳米晶。通过X射线衍射和场发射扫描电子显微镜测试了样品的晶体结构和形貌,同时对样品的上转换发光性能进行了测试。结果表明:在980 nm连续激发光的激发下,样品主要表现为绿光发射。发射中心在528,549 nm的绿光和672 nm处的红光发射分别对应Er³⁺离子的⁴S_3/2→⁴I_15/2、²H_11/2→⁴I_15/2和 ⁴F_9/2→⁴I_15/2跃迁。以La₂Sn₂O₇:Er³⁺纳米晶为例,Er³⁺离子的摩尔分数为7%、退火温度为1 150℃是其制备的最佳条件,此时其各个发射峰的强度最高。对La₂Sn₂O₇:Er³⁺的发光强度与激发功率关系的研究表明,其绿光和红光发射均为双光子过程。激发光吸收和能量转移是La₂Sn₂O₇:Er³⁺纳米晶上转换发光的主要机制。     

近紫外激发具有颜色可调的Er3+/Eu3+共掺BiOCl荧光粉

本文采用固相法在500℃合成了Er³⁺/Eu³⁺共掺BiOCl 荧光粉, 并通过XRD, SEM, 吸收, 激发和发射光谱研究了其结构、形貌和发光特性. XRD 和SEM结果表明在500℃下即可成功合成纯四方相片层结构的Er³⁺/Eu³⁺共掺BiOCl荧光粉. 吸收光谱表明掺杂Er³⁺/Eu³⁺离子使BiOCl形成杂质能级; 激发光谱显示该荧光粉具有来自于基质BiOCl价带(VB)到导带(CB)跃迁的优异宽带近紫外激发特性. 在380 nm近紫外光激发下, 同时获得了Er³⁺离子和Eu³⁺离子的特征发射峰, 其中发光中心位于410 nm (²H_9/2→⁴I_15/2), 525 nm (²H_11/2→⁴I_15/2), 554 nm (⁴S_3/2→⁴I_15/2), 673 nm (⁴F_9/2→⁴I_15/2)的发射峰来自于Er³⁺离子的跃迁, 而581 nm(⁵D₀→⁷F₀), 594 nm (⁵D₀→⁷F₁), 622 nm (⁵D₀→⁷F₂), 653 nm (⁵D₀→⁷F₃), 699 nm (⁵D₀→⁷F₄)的发射峰则来自于Eu³⁺离子的跃迁. 值得注意的是, 与传统Er³⁺/Eu³⁺掺杂的材料不同, 该荧光粉还具有独特高效的紫光(Er³⁺)和长波红光(Eu³⁺)发射特性, 分析表明这与BiOCl的结构有关; 并且通过改变掺杂浓度, 实现了发光颜色由黄绿光→黄光→橙红光的调节. 研究结果表明Er³⁺/Eu³⁺共掺BiOCl荧光粉有望成为一种潜在的近紫外激发白光LED荧光粉.     

Yb3+/Er3+共掺BaGd2O4荧光粉的制备及其上转换发光性质

采用溶胶-凝胶法制备了Yb³⁺/Er³⁺共掺杂BaGd₂O₄上转换荧光粉。研究了退火温度对BaGd₂O₄晶体结构的影响,以及Yb³⁺/Er³⁺共掺杂的BaGd₂O₄荧光粉在971 nm LED激发下,激发密度与上转换发射光功率及效率的关系。研究结果表明,尽管BaGd₂O₄与目前报道效率最高的Yb³⁺/Er³⁺共掺杂BaGd₂ZnO₅基质的最高声子能量相同,但光-光转换效率却相差82倍,极值量子效率相差7.8倍。结论认为,在声子能量不是很高的情况下,材料结构是影响上转换效率的主要因素。     

Li~+,Zn~(2+),Mg~(2+)掺杂Lu_2O_3∶Er~(3+)荧光粉的制备及发光特性

用微波高温固相法合成了Er~(3+)单掺Lu_2O_3,Li~+与Er~(3+)共掺Lu_2O_3及Li~+,Zn~(2+),Mg~(2+)掺杂Lu_2O_3∶Er~(3+)的荧光粉。实验表明金属离子Li~+、Zn~(2+)、Mg~(2+)、Er~(3+)掺杂Lu_2O_3,不影响Lu_2O_3的立方晶相。扫描电子显微镜测量表明,Li~+掺杂可以有效改善粉体的分散性和形貌,Li~+,Zn~(2+),Mg~(2+)共掺杂获得的粉体颗粒分布更加均匀,粒径范围为80～100 nm。379 nm激发下,Li~+与Er~(3+)共掺样品发光较单掺Er~(3+)样品在565 nm处的发光增强了4.5倍,而Li~+、Zn~(2+)、Mg~(2+)与Er~(3+)共掺样品较其发光增强5.3倍。980 nm激发下,Li~+与Er~(3+)共掺样品,Li~+、Zn~(2+)、Mg~(2+)与Er~(3+)共掺样品的发光分别比单掺Er~(3+)样品在565 nm处发光增强23倍与39倍,在662 nm处发光强度分别增强20倍与43倍。379 nm激发下,较单掺Er~(3+)的样品,掺杂Li~+的样品和Li~+,Zn~(2+),Mg~(2+)和Er~(3+)共掺的样品荧光寿命均有所增加,而Zn~(2+)、Er~(3+)共掺及Mg~(2+)、Er~(3+)共掺样品的荧光寿命则有所缩短。     

磁控溅射制备Er~(3+)/Yb~(3+)共掺杂TiO_2薄膜的上转换发光特性

采用射频磁控溅射法制备得到Er~(3+)/Yb~(3+)TiO_2薄膜,980 nm的抽运源作用下上转换可以得到490 nm的绿光和670 nm的红光,上转换红、绿光发光强度受到烧绿石Er_xYb_(2-x)Ti_2O_7晶体的生成以及Er~(3+)/Yb~(3+)掺杂浓度的影响,实验表明,适量共掺杂Er~(3+)/Yb~(3+)可明显增强上转换发光,Er~(3+)在上转换发光中起主要作用,而引入敏化离子Yb~(3+)可以大大提高上转换发光效率,磁控溅射法制备的TiO_2薄膜声子态密度较小,从而抑制了无辐射跃迁过程,导致490nm绿光形成以及红光强度大于绿光强度。     

试验优化设计Er3+/Yb3+共掺BaGd2ZnO5荧光粉及其上转换发光性质

为得到绿光和红光最大发光强度的Er³⁺/Yb³⁺共掺BaGd₂ZnO₅上转换材料荧光粉, 首先采用试验优化设计中的均匀设计初步寻找Er³⁺/Yb³⁺合理的掺杂浓度; 其次通过二次通用旋转组合设计进一步优化实验, 建立起Er³⁺/Yb³⁺掺杂浓度与绿光和红光发光强度的回归方程; 最后通过遗传算法计算出方程的最优解, 即绿光和红光最大发光强度时对应的Er³⁺/Yb³⁺掺杂浓度. 利用传统的高温固相法分别制备出最优样品. 采用X 射线衍射对得到荧光粉的晶体结构进行了分析, 证明了所有产物均为纯相BaGd₂ZnO₅. 采用980 nm抽运激光作为激发源, 在同样的条件下测量了样品的上转换荧光发射光谱, 从中可见样品有较强的红光发射和绿光发射, 发光中心位于662, 551和527 nm, 分别对应于⁴F_9/2→⁴I_15/2, ⁴S_3/2→⁴I_15/2 及²H_11/2→⁴I_15/2能级跃迁. 研究了绿光和红光最优样品的上转换发光强度与激光器工作电流之间的关系, 通过分析发现红色和绿色上转换发光均为双光子过程. 由归一化的绿色上转换发射光谱可以看出, 激光器工作电流导致的样品温度变化可以忽略不计. 由于能级²H_11/2和⁴S_3/2之间存在热平衡, 并满足玻尔兹曼分布, 由此探讨了绿光最优样品上转换发射光谱中的绿色发射与温度的关系, 计算出²H_11/2和⁴S_3/2之间的能级差为ΔE=926.11 cm^-1. 研究了绿光最优样品的温度效应, 随着温度的升高, 发射强度逐渐变小, 出现了温度猝灭现象. 并计算了样品的激活能, 分别为总体激活能ΔE_总=0.45 eV, 绿光激活能ΔE_绿=0.45 eV, 红光激活能ΔE_红=0.46 eV.