掺杂Li+的NaGdF4∶Yb3+/Eu3+上转换发光增强及防伪应用

稀土发光材料由于其良好的上转换发光性能已经逐渐成为荧光防伪领域的研究热点。首先采用水热法合成了一系列不同Li⁺掺杂浓度的NaGdF₄∶Yb³⁺/Eu³⁺晶体,利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、上转换发射光谱测试等表征方法,对样品的形貌、尺寸和上转换发光性能进行了分析,并选择发光强度和效果最好的晶体应用于防伪识别。实验结果表明,NaGdF₄∶Yb³⁺/Eu³⁺/Li⁺的XRD衍射图谱与标准六方相NaGdF₄的衍射峰一致,衍射峰尖锐且没有杂峰,证明合成了高纯度高结晶度的NaGdF₄∶Yb³⁺/Eu³⁺/Li⁺晶体。晶体的SEM图可以看出生成的样品为纯六方相,分布均匀,无团聚现象。共掺Yb³⁺/Eu³⁺/Li⁺对晶体的结构、形貌...     

稀土掺杂的NaGdF4上转换发光材料的合成与发光特性研究

采用水热法制备了一系列不同掺杂浓度的NaGdF₄:Re(Re=Tm³⁺,Er³⁺,Yb³⁺)上转换发光粉。通过X射线衍射(XRD)、电子扫描电镜(SEM)和上转换发射光谱对样品进行了表征。XRD研究结果表明:合成的样品均为六方结构NaGdF₄。估算的平均晶粒尺寸为41~43 nm。在980 nm红外光激发下,Er³⁺和Yb³⁺共掺杂的NaGdF₄发光粉发出分别来自于Er³⁺离子²H_{11/ 2},⁴S_3/2→⁴I_15/2跃迁的绿光和⁴F_9/2→⁴I_15/2跃迁的红光发射,Tm³⁺和Yb³⁺共掺杂的NaGdF₄发光粉发出分别来自Tm³⁺离子的¹G₄→³H₆跃迁的蓝光、¹G₄→³F₄和³F_2,3→³H₆跃迁的红光和³H₄→³H₆跃迁的近红外光发射。Er³⁺,Tm³⁺和Yb³⁺共掺杂的NaGdF₄发光粉的发光强度及红、绿、蓝光发射的相对强度受Yb³⁺离子掺杂浓度的影响。对样品中可能的上转换发光机制进行了讨论。计算的色坐标显示:可通过改变掺杂离子浓度对上转换发光的颜色进行调控。     

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.     

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。     

Er3+/Yb3+共掺NaYF4/LiYF4微米晶体的上转换荧光特性

采用水热法成功制备了Er³⁺/Yb³⁺共掺杂的NaYF₄和LiYF₄微米晶体. 通过X射线衍射仪和环境扫描电子显微镜对样品的晶体结构及形貌进行表征. 实验结果表明: 六方相NaYF₄微米晶体为棒状结构, 而四方相LiYF₄微米晶体则为八面体结构. 在近红外光980 nm激发下, NaYF₄:Yb³⁺/Er³⁺和LiYF₄:Yb³⁺/Er³⁺ 微米晶体均展现出很强上转换荧光发射. 且NaYF₄:Yb³⁺/Er³⁺微米晶体的荧光发射强度大约是LiYF₄:Yb³⁺/Er³⁺微米晶体的2倍, 但红绿比明显较低. 根据荧光光谱, 并借助激光光谱学及发光动力学深入探讨基质变化及表面修饰剂乙二胺四乙二酸(EDTA)对荧光特性的影响. 实验结果发现: 影响荧光强度的主要因素是基质环境的局域对称性, 而导致不同红绿比则是由于样品表面较多的EDTA分子所引起. Er³⁺掺杂的NaYF₄和LiYF₄ 微米晶体呈现出很强的绿光发射可被应用于全色显示, 荧光粉和微光电子器件中.     

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。     

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。     

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。     

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%。     

CaF2：xYb3+, yEr3+纳米颗粒的合成及其上转换发光性质

采用水热合成法制备了CaF₂：xYb³⁺,yEr³⁺（x=0.1~0.8,y=0.01~0.08）纳米颗粒,利用X射线粉末衍射仪、透射电子显微镜和F-4600荧光分光光度计表征了样品的物相和形貌尺寸,并探究了Yb³⁺和Er³⁺掺杂浓度对样品的上转换发光性质的影响。结果表明,所合成的样品为立方相,球形颗粒,平均直径为 12 nm,敏化剂Yb³⁺的最佳掺杂摩尔分数为20%,而激活剂Er³⁺的最佳掺杂摩尔分数为6%。此时,绿光与红光的强度之比最大。     

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。     

Shape controllable synthesis and enhanced upconversion photoluminescence of β-NaGdF_4:Yb~(3+), Er~(3+) nanocrystals by introducing Mg~(2+)

Different concentrations of Mg~(2+) -doped hexagonal phase NaGdF_4:Yb~(3+), Er~(3+)nanocrystals(NCs) were synthesized by a modified solvothermal method. Successful codoping of Mg~(2+)ions in upconversion nanoparticles(UCNPs) was supported by XRD, SEM, EDS, and PL analyses. The effects of Mg~(2+)doping on the morphology and the intensity of the upconversion(UC) emission were discussed in detail. It turned out that with the concentration of Mg~(2+)increasing, the morphology of the nanoparticles turn to change gradually and the UC emission was increasing gradually as well. Notably the UC fluorescence intensities of Er~(3+)were gradually improved owing to the codoped Mg~(2+)and then achieved a maximum level as the concentration of Mg~(2+)ions was 60 mol% from the amendment of the crystal structure of β-NaGdF_4:Yb~(3+),Er~(3+)nanoparticles. Moreover, the UC luminescence properties of the rare-earth(Yb3+, Er~(3+)) ions codoped NaGdF_4 nanocrystals were investigated in detail under 980-nm excitation.     

小尺寸NaLuF4:Yb3+/Tm3+纳米晶的生长及上转换发光

为了详细地探究NaLuF₄纳米晶的生长过程,利用自主研发的可以精确控制实验参数的自动纳米合成仪制备了不同系列的NaLuF₄：Yb³⁺/Tm³⁺纳米材料。对不同反应温度下（285,295,305℃）制备的样品进行物相分析,发现随着反应时间的增加,NaLuF₄纳米晶均遵循相似的生长规律,即α-相→α-相+β-相→均匀的β-相→聚集的β-相。在不同温度下,均有一个时间段可以获得小尺寸（小于50 nm）、单分散、粒径分布窄的纯β-NaLuF₄纳米晶。另外,测试了不同温度下制备的β-NaLuF₄：Yb³⁺/Tm³⁺纳米材料的上转换发射光谱,结果表明随着反应温度的升高,样品的发光先增强后减弱。出现这种光谱规律可能是受晶体尺寸和结晶性两方面因素的影响。此外,样品在紫外区的高阶多光子发光很强。例如,361 nm发射峰强度大约是800 nm发射峰强度的2倍。     

NaGdF4:Yb3+,H03+与GdF3:Yb3+,H03+纳米材料的合成、形貌控制与发光性质

采用水热法通过调控n(F-):n(Ln3+),pH值以及n(Citrate):n(Ln)等一系列反应条件,合成了六方相的NaGdF4:Yb3,ho3+与GdF3:yb3+,Ho3+纳米上转换材料,实现了形貌的可控合成.利用X射线粉末衍射(XRD),场扫描电子显微镜(SEM)以及发光光谱等手段对产物的物相结构、形貌和荧光...     

纳米GdPO4：Eu3+的合成和光谱特性

采用EDTA二钠盐参加的共沉淀方法制备出纳米GdPO₄:Eu³⁺,利用X射线衍射,荧光光谱和电镜等测试手段对GdPO₄:Eu³⁺的相结构和发光性质进行了研究。XRD图谱结果表明700℃合成了纯的具有单斜晶系、独居石结构的纳米GdPO₄:Eu³⁺。根据Scherrer公式计算,700,800℃热处理后样品的一次颗粒度分别为18,40nm左右。激发光谱和发射光谱的研究表明,电荷迁移态和Eu³⁺的特征发射峰的强度随GdPO₄:Eu³⁺纳米粒子的增大而增强。在较小的纳米粒子中,存在结构扭曲的现象,315nm激发下的发射光谱研究表明,Gd³⁺和Eu³⁺具有较好的能量传递。     

在NaGdF4：Tm3+, Dy3+中Gd3+间的能量迁移及Gd3+-Dy3+能量传递量子效率

基于量子剪裁基本原理,通过光谱技术研究NaGdF₄:Tm³⁺,Dy³⁺在一个真空紫外光子激发下获得两个蓝色光子的可能性。在这种化合物中,量子剪裁通过下转换,即通过应用不同镧系离子间的能量传递进行。通过对Tm 4f¹²-4f¹¹5d激发,部分能量从Tm³⁺离子5d态直接传递给Gd³⁺,然后在Gd³⁺-Tm³⁺之间发生交叉弛豫,剩余能量从Gd³⁺传递给Dy³⁺,产生两个可见光子发射,一个来自Tm³⁺的¹G₄-³H₆跃迁,另一个来自Dy³⁺的⁴F_9/2-⁶H_15/2跃迁。主要研究获得以NaGdF₄:Tm³⁺,Dy³⁺为基础的新型具有更高效率,更高稳定性和更强真空紫外(VUV)吸收量子剪裁发光粉的可能性。各种光谱技术,如光致发光、激发和衰减等被用来表征不同Dy³⁺浓度掺杂NaGdF₄中Gd³⁺晶格间能量迁移引起的施主Gd³⁺和受主Dy³⁺之间的能量传递。结果表明Gd³⁺离子之间存在能量迁移,随之交换相互作用引起施主与受主(Gd³⁺-Dy³⁺)之间的能量传递。通过Bursh-tein等人关于激发态的弛豫理论,施主-受主能量传递参数k_DS可以从Gd³⁺的⁶P_7/2发射的衰减计算出。Gd³⁺-Dy³⁺能量传递量子效率也可以得到。NaGdF₄:Tm³⁺和NaGdF₄:Tm³⁺,Dy³⁺是由水热法制备的,NaGdF₄:Dy³⁺是由文献[4]方法制备的。发射光谱和激发光谱通过自制的VUV光谱仪和F-4500测量。衰减曲线由OPO激光器激发获得Gd³⁺-Dy³⁺之间能量传递量子效率在受主浓度大约在N_A=0.6%时达到最佳值,并且明显地观测到浓度猝灭效应。     

Eu3+掺杂的铌酸钠钾陶瓷的制备及性能研究

采用固相烧结法制备了Eu³⁺掺杂的铌酸钠钾（KNN）陶瓷。用X射线粉末衍射仪、荧光光谱测试仪和LCR精确阻抗测试仪等对其结构、发光性能和介电性能进行表征。XRD结果显示样品为钙钛矿结构。荧光分析结果表明,致密度对KNN陶瓷材料发光性能有一定的影响,Eu³⁺掺杂量是影响其发光性能的重要因素。其中掺杂Eu摩尔分数为4%的样品在930℃焙烧后其发光最强,在396 nm紫外光激发下,发射光谱最强峰在614 nm,对应于Eu³⁺的⁵D₀-⁷F₂电偶极跃迁。样品经3 kV/cm、110℃极化30 min后进行压电性能检测,结果表明提高Eu³⁺掺杂量以及陶瓷的致密度,可改善压电性能。其中掺杂4%Eu的KNN压电常数D₃₃最大为98 pC/N,在1 kHz、100℃时,介电常数最小为217,介电损耗tanθ=0.199,且仍然保持较高的居里温度T_c=426℃。     

绿色荧光粉NaCaPO4：Tb3+的制备与发光特性

采用高温固相法合成了适用于UVLED芯片激发的NaCaPO₄:Tb³⁺绿色荧光粉并对其发光性质进行了研究。该荧光粉的发射峰位于418,440,492,545,586,622nm,分别对应Tb³⁺的⁵D₃→⁷F₅、⁵D₃→⁷F₄、⁵D₄→⁷F₆、⁵D₄→⁷F₅、⁵D₄→⁷F₄、⁵D₄→⁷F₃能级跃迁。其中位于492,545nm的发射峰最强,样品发射很好的绿光。主要激发峰位于380~400nm之间,属于4f→4f电子跃迁吸收,与UVLED芯片的发射相匹配。考察了Tb³⁺掺杂浓度和Li⁺,Na⁺和K⁺作为电荷补偿剂对样品发光性能的影响:Tb³⁺的最佳掺杂浓度为10%,以Li⁺的补偿效果最好。NaCaPO₄:Tb³⁺是一种适用于白光LED的绿色荧光材料。