Eu2+和Dy3+共掺CaxSr2-xSiO4硅酸盐固溶体发光性质探究

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,本论文的主要工作时通过改变固溶体发光材料CaxSr2-xSiO4: 0.01Eu2+ , 0.01Dy3+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.     

Er3＋-Yb3＋-Mo6＋共掺杂ZrO2-Al2 O3固溶体的上转换发光

采用共沉淀法制备了一系列Al2 O3含量由低到高的ZrO2-Al2 O3固溶体,并研究了固溶体的晶相结构以及稀土Er3＋在固溶体中的上转换发光增强机制。XRD结果表明固溶体为四方晶相ZrO2结构,Al2 O3的最高固溶度约为20 mol％。上转换发光光谱分析表明,Er3＋掺杂ZrO2室温下具有绿色上转换荧光发射,通过共掺杂Yb3＋和M o6＋离子,使得Er3＋掺杂ZrO2的绿色上转换发光强度增强了约20倍,获得了明亮的黄绿色上转换发光。基质ZrO2通过与Al2 O3固溶形成复合氧化物,由于产生的大量氧空位缺陷的能级与Er3＋的4 F7/2能级高度相接近,增强了Yb3＋-MoO2-4基团（2 F7/2,3 T2）能级向Er3＋的4 F7/2能级的能量传递。通过形成固溶体复合氧化物基质材料,使得Er3＋的绿色上转换发光在获得20倍增强的基础上又提高了8倍。绿色与红色上转换发光比例的变化也提高了材料的色纯度,上转换发光由黄绿色变为纯绿色。     

基于 Eu~(3 +)还原制备 Eu~(3 +)-Eu~(2 +)共存发光材料的研究进展

稀土Eu元素因其优良的光学特性常被作为激活离子广泛应用于无机发光材料中。激活离子的发光性质由自身的价态决定,同时受基质晶体结构影响。不同价态的Eu离子呈现不同的光学特性,当二者共存时有可能得到单一基质的白光。本文主要综述近几年Eu~(3+)-Eu~(2+)共存于铝酸盐、磷酸盐、硅酸盐及硼酸盐基质中的荧光性能、Eu~(3+)的还原条件及还原机理。     

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.     

(Eu2+,Nd3+)∶CaAl2O4的长余辉发光及机理的研究

采用高温固相反应法制备了Eu^2 ∶CaAl2O4、（Eu^2 ,Nd^3 )∶CaAl2O4，等系列材料。测量了其激发、发射光谱及余辉衰减曲线。分析了掺杂稀土离子对长余辉发光的作用。并对其发光机理进行了深入地探讨。     

Tb3+离子在固溶体(Y0.9Gd0.1)2O2S和(Gd0.9La0.1)2O2S中的发光

用稀土氧化物硫化法合成了固溶体发光材料(Y0.9Gd0.1)2O2S:Tb和(Gd0.9La0.1)2O2S:Tb,并且用阴极射线和254nm紫外线两种激发方式测试了它们的发光性能.研究了固溶体(Y0.9Gd0.1)2O2S:Tb和(Gd0.9La0.1)2O2S:Tb中Tb3+离子5D3——7FJ和5D4——7FJ的能级跃迁强度随Tb3+离子浓度而变化的关系,以及它们的发光色度随激活剂Tb3+离子浓度的变化,探讨了Tb3+离子的浓度猝灭机理.     

红色Sr_xCa_(0.99-x)Eu_(0.01)WO_4固溶体荧光粉光致发光的声子调控

采用微乳液法合成Sr_xCa_(0.99-x)Eu_(0.01)WO_4(x=0.01,0.02,0.05,0.08,0.10,0.20,0.50,0.80,0.99)固溶体.使用TEM、XRD和Raman光谱表征固溶体的形貌和结构,采用荧光分光光度计测试固溶体的光致发光谱.实验结果表明:当Sr~(2+)掺杂摩尔分数从0.05增大到0.99时,固溶体开始由CaWO_4逐步转变为SrWO_4,其最大声子能量从912cm~(-1)单调增长到922cm~(-1).通过声子能量可调节掺杂Eu3+的非辐射跃迁速率,进而在直接激发和基质敏化条件下调控Eu~(3+)的发光特性.Sr~(2+)在Sr_xCa_(0.99-x)Eu_(0.01)WO_4固溶体中最佳的掺杂摩尔分数为0.05,较低的声子能量对Sr_xCa_(0.99-x)Eu_(0.01)WO_4固溶体在紫外激发下成为高效发光的荧光粉具有积极作用.     

Ba_2Ca(PO_4)_2:Eu~(2+)蓝色荧光粉的合成及其发光特性

采用高温固相法合成了Ba2Ca(PO4)2:Eu2+蓝色荧光粉,研究了合成温度、合成时间、Ba/Ca比值以及Eu2+掺杂量等对材料的物相及发光特性等的影响.研究结果显示,合成温度为900/1200?C,合成时间为4 h时,可以获得纯相的Ba2Ca(PO4)2;以343 nm紫外线作为激发源时,Ba2Ca(PO4)2:Eu2+呈非对称的宽谱特征,主峰位于454 nm,分析认为,Eu2+在Ba2Ca(PO4)2中占据不同的晶体学格位,形成了不同的发光中心,造成材料呈非对称发射;监测454 nm发射峰,对应的激发光谱覆盖200—450 nm区域,主峰位于343 nm,且在长波紫外段(350—410 nm)有很强的激发带;增大Eu2+掺杂量,Eu2+在Ba2Ca(PO4)2中的发射出现了浓度猝灭现象,且材料的发射峰出现了明显的红移;减小基质中Ba/Ca配比,材料在绿色区域的发射逐渐增强,材料的发光颜色由蓝逐渐变为蓝绿色,分析认为,Eu2+进入Ba2Ca(PO4)2基质体系后,不但取代Ba2+的格位,而且取代Ca2+的格位,形成不同的发光中心,从而影响材料的发光特性.     

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.     

Ca~(2+)掺杂对BaMgSiO_4:Eu~(2+)发光材料发光性能的影响

采用高温固相法于弱还原气氛中制备了Ba1-xCaxMgSiO4:Eu2+(x≤0.15)发光材料,测量其光谱特性,分析Ca2+掺杂对该发光材料光谱的影响。XRD图谱研究表明:Ca2+在BaMgSiO4基质中极限溶解度x=0.075。发光性能研究表明,当Ca2+掺入量从0增加至0.05时,最强发射峰从498nm蓝移至450nm,在掺入量为0.075时,激发和发射强度达到最强,而随着Ca2+掺入量的增加激发光谱的形状也发生变化。从Ca2+取代不同点阵位的Ba2+,并结合晶体场强度的变化讨论了光谱变化的原因。     

PEG400对Eu(BA)3/SiO2发光性能的影响

稀土有机配合物进行无机化能提高热稳定性,但无机化基质对稀土有机配合物的荧光性影响较大,采用PEG3400对复合体进行改性,有利于改善荧光性.文章采用溶胶-凝胶法合成Eu(BA)3/SiO2和Eu(BA)3/PEG400-SiO2复合发光材料.研究了PEG400掺入量对SiO2中Eu(BA)3发光性能的影响,PEG400作为路易斯硬酸和稀土离子配体增强了Eu(BA)3的发光性能.用红外光谱说明PEG400的掺人有利于减少发光材料中的结晶水和羟基数目.通过原子力显微镜分析了PEG400的掺入量对SiO2基质结构的影响.     

La_2O_2S和Ti~(4+)激活的La_2O_2S的发光光谱特性

对于很多稀土激活剂来说,具有A-型稀土氧化物结构的La_2O_2S是一种有效的基质晶体。本文报导Ti~(4+)在这种基质中的光谱特性。Ti~(4+)具有d°电子能态,而不存在明显的与它通常所发射的光相对应的原子能级,因而,Ti~(4+)发射的性质和机理还不十分清楚。我们知道,为了获得Ti~(4+)的高效发光,经常需要大于10％克分子的高浓度激活剂,这比大多数过渡金属和稀土激活剂所需要的浓度大得多。Ti激活的化合物的发光仅仅在氧化条件下制备的     

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.     

长余辉材料Sr_2MgSi_2O_7∶Eu~(2+),Dy~(3+)中稀土离子的发光特性

利用同步辐射光源(德国HASYLAB实验室的SUPERLUMI实验站)和真空紫外激光(157.6nm)对新型蓝光发射长余辉材料Sr2MgSi2O7∶Eu2 (0·2%),Dy3 (8%)进行了光谱研究。在170nm同步辐射光源激发下,观察到对应Eu2 :5d-4f跃迁的477nm发射带和对应Dy3 :4f-4f跃迁的两组线谱发射,其中只有来自Eu2 的5d-4f发射对长余辉光谱有贡献。在157.6nm激光激发下,除了上述发射外,还明显观察到对应Eu3 的红色线谱(590,614,626nm)。结合这些光谱特性,对Sr2MgSi2O7∶Eu2 ,Dy3 中稀土离子的发光特性以及长余辉发光机理进行了讨论,并提出了Eu2 充当空穴陷阱的可能性。     

近紫外激发BiOCl∶Dy~(3+)白光LED荧光粉的制备及发光性能研究

新型单一基质型白色荧光粉是当前白光LED荧光粉研究的热点。宽带隙半导体BiOCl物化性质稳定,声子能量低,晶体结构对称性低、极化性强,具有作为稀土掺杂荧光粉基质材料的潜质。采用固相法制备了BiOCl∶Dy3+及BiOCl∶Li+,Dy3+荧光粉,并采用XRD、激发和发射光谱研究了其结构和发光特性。XRD结果显示在500℃低温下即可成功合成出纯四方相的稀土掺杂BiOCl晶体,而Li+掺入可进一步提高样品结晶度。在389nm近紫外光激发下,荧光粉具有位于478nm(蓝)和574nm(黄)波段的Dy3+特征发射峰,并呈现较低的蓝黄光发射比例和优异的白光发射特性。相比单掺体系,Li+掺杂不仅使荧光粉发射增强,还实现了发光颜色的调节。研究结果表明,BiOCl∶Dy3+荧光粉制备温度低,具有良好的近紫外光激发和白光发射特性,其较低黄蓝光发射比例性质可能与BiOCl独特的晶体结构有关;上述特性使其可能成为一种新型的潜在近紫外激发白光LED荧光粉。     

稀土Ce^(3+)/Eu^(2+)离子和点缺陷发光性质的第一性原理研究EI北大核心CSCD

近年来,国内外研究者们开展了一系列关于无机荧光粉中稀土离子和点缺陷发光性质的第一性原理研究。本文简要介绍作者与合作者们在该研究领域开展的工作与取得的结果。首先,简要介绍稀土发光材料第一性原理研究常用方法,主要包括:基于密度泛函理论和超单胞模型的点缺陷计算以及基于波函数多组态相互作用的激发态计算。然后,从点缺陷的热力学稳定性与发光机理研究以及稀土离子4f→5d跃迁模拟与激发光谱指认两个方面,详细阐述了第一性原理计算在Ce^(3+)和Eu^(2+)离子掺杂荧光粉中的具体应用。最后,对稀土发光材料的第一性原理计算研究领域的机遇和挑战进行了简要总结。     

稀土硫氧化物固溶体在X射线激发下的发光与应用

本文用稀土氧化物高温硫化法合成了(Y1-xLax)2O2S:Tb(0.002)、(Y1-xGdx)2O2S:Tb(0.002)和(Gd1-xLax)2O2S:Tb(0.002)三个二元稀土硫氧化物固溶体体系.研究了在X射线下激发它们的发光亮度、发射光谱.研究了激活剂Tb3+离子浓度对体系发光的影响.在上述实验的基础上,选择了其中的几种发光材料,研制出X射线增感屏,测定了屏的技术参数。     

Eu~(2+)浓度对Sr_2Si_5N_8∶Eu~(2+)红粉热猝灭机制的影响

采用高温固相法制备了不同Eu2+浓度掺杂的Sr2Si5N8红色荧光粉,并对其晶体结构、形貌、发光和热猝灭性能进行了详细的研究。XRD和SEM测试表明,所合成的样品为纯相Sr2Si5N8结构,具有较高的结晶度。PL光谱数据表明,Eu2+替代Sr2+格位形成两种不同的发光中心。温度特性测试发现,样品的热猝灭性能很大程度上取决于Eu2+浓度。随着Eu2+浓度的增加,样品的热猝灭性能先增强后降低。不同发光中心的荧光强度比和荧光寿命测试结果表明:在较低Eu2+掺杂条件下,Eu2+浓度引起热猝灭性能改变的机制主要归因于Eu2+占据不同Sr2+格位的几率的改变。     

(Eu2+,Nd3+): CaAl2O4的长余辉发光及机理的研究

采用高温固相反应法制备了Eu²⁺: CaAl₂O₄、(Eu²⁺,Nd³⁺): CaAl₂O₄, 等系列材料.测量了其激发、发射光谱及余辉衰减曲线.分析了掺杂稀土离子对长余辉发光的作用.并对其发光机理进行了深入地探讨.     

(Zn_(1-x),Mg_x)_2GeO_4∶Mn~(2+)的荧光以及长余辉发光性能

采用高温固相法制备了一系列(Zn_(1-x),Mg_x)_2GeO_4∶Mn~(2+)(0≤x≤0.25)绿色荧光粉,并研究了Mg离子对(Zn_(1-x),Mg_x)_2GeO_4∶Mn~(2+)的结构、荧光以及长余辉发光性能的影响。Mg离子取代Zn进入Zn_2GeO_4晶格,形成(Zn_(1-x),Mg_x)_2GeO_4固溶体,并产生了晶格畸变。光谱分析结果表明,样品中位于533 nm的绿色荧光源于Mn~(2+)的~4T_1(~4G)→~6A_1(~6S)跃迁。随着Mg离子浓度的增加,(Zn_(1-x),Mg_x)_2GeO_4∶Mn~(2+)样品的激发光谱出现了蓝移现象,说明Mg离子进入到Zn_2GeO_4晶格中对其晶格结构产生了影响,导致(Zn_(1-x),Mg_x)_2GeO_4的带宽发生改变。发射光谱则表明Mg离子进入Zn_2GeO_4晶格引起Mn~(2+)的~4T_1(~4G)→~6A_1(~6S)跃迁绿色荧光发光强度的增强。Zn_2GeO_4基质中的氧空位缺陷陷阱深度由于基质带宽的变化而变深,样品具有良好的长余辉发光效果。通过热释光谱分析研究了材料中缺陷陷阱的特征,进一步证实了(Zn_(1-x),Mg_x)_2GeO_4中缺陷陷阱深度发生改变。根据光谱分析结果给出了(Zn_(1-x),Mg_x)_2GeO_4∶Mn~(2+)中荧光与余辉发光的产生机理。