基质中非4f组态的电子态对Pr~(3+)离子发光的影响（英文）

三价镨离子(Pr~(3+))是一种备受关注的稀土发光离子。学者们在过去几十年里对其发光性质进行了大量的理论和实验研究。在不同的基质材料中,由于非4f组态的电子态与Pr~(3+)离子发光能级相互作用,Pr~(3+)离子可以展现从紫外到红外波段的不同特征的光发射。影响Pr~(3+)离子发光的这些电子态可能源于4f5d激发组态、电荷迁移态或类激子态。本文中,我们以几种具有代表性的发光材料为例,简短地总结和评述了Pr~(3+)离子发光的不同谱形;也尝试解释了几个新颖的实验现象,例如:杂质束缚激子态和电荷迁移态对发光的猝灭影响。我们希望这些相关概念和谱学结果的整理有助于读者更好地理解一些实验上的发光现象,并为设计发光材料提供新的思路。     

补偿离子掺杂与烧成温度对SrTiO_3∶0.002Pr~(3+)材料的红色发光特性的影响

采用高温固相反应法合成SrTiO3∶Pr3+系发光材料,利用荧光光谱、XRD等分析手段,研究了工艺参数,如不同价态K、Ca和A l离子掺杂,以及1 050~1 300℃不同烧成温度对SrTiO3∶Pr3+体系发光性能的影响,以获得具有较好综合发光性能的SrTiO3∶Pr3+系发光材料。选择不同价态补偿离子掺杂是为了研究电荷补偿作用机制对该类材料发光性能的作用。结果表明:随着烧成温度的升高,磷光体发光强度先增加后减弱,在1 150℃烧成的材料其发光强度最大。无补偿掺杂与K、Ca或A l离子掺杂的所有样品均发出源于Pr3+的1D2→3H4跃迁的610 nm红色光。在不同价态补偿离子掺杂样品中,以掺A l的SrTiO3∶Pr3+体系发光强度最好;其发光强度比无补偿离子掺杂SrTiO3∶Pr3+材料的发光强度提高10倍左右。另一方面,与A l离子具有类似的引入阴离子电荷缺陷的K离子掺杂材料的发光强度则基本没有变化,其发光强度与没有电荷补偿作用的无掺杂及Ca离子掺杂SrTiO3∶Pr3+材料相似。上述实验结果可从电荷缺陷及微观固溶结构两方面的联合作用机制进行解释。在引入电荷缺陷的掺杂体系中,只有在发光离子PrS+r最近邻的Ti格位引入的电荷缺陷才能有效地起电荷补偿作用,达到增强发光强度的作用。研究结果给出了合理的制备工艺条件,并且提供了一种可有效提高发光强度的补偿离子掺杂的选择依据。     

Photoluminescence Characteristics of Ca4LaNbMo4O20∶ Pr3+

采用高温固相法成功制备出荧光粉Ca4 LaNbMo4O20∶Pr3+,通过X射线衍射分析了样品的结构,其结构与CaMoO4结构相似.在Ca4LaNbMo4O20∶Pr3+的激发光谱中出现了NbO43-和MoO43-的电荷迁移(CTS)吸收和Pr3+离子的4f→4f5d激发跃迁,以及Pr3+-金属离子的价间电荷迁移(IVCT)吸收;另外在420～520 nm处,还观测到属于Pr3+离子的典型f-f激发跃迁.发射光谱中,在452 nm激发下,主要出现绿光和红光两种发射,其峰值位于490 nm和607 nm处,分别是Pr3+的3 P0→3 H4和1D2→3H4的跃迁作用;在紫外287 nm激发下出现NbO43-和MoO42-发射和Pr3+离子的4f5d→4f跃迁宽带,以及Pr3+离子的4f→4f发射蜂.     

YAG:Pr3+的真空紫外光谱分析及其4f5d能级的研究

用共沉淀法制备出不同掺杂浓度的钇铝石榴石(Y3Al5O12,YAG):Pr3+粉末.在不同温度下用同步辐射的真空紫外光(VUV)作为激发光源测量了其发射和激发光谱.对YAG:Pr3+被VUV激发后的发光过程进行了分析,并估算了YAG:Pr3+的声子能量、黄昆因子S及Stokes位移.当用170nm光激发样品时,可能存在自陷激子和通过自陷激子能量传递引发的3P0发射,这种跃迁途径不同于用240nm和289nm两个波长激发后的跃迁途径;对Pr3+在YAG中的4f5d能级进行了研究,从而对其4f5d组态有了一个较清晰的认识.     

Pr3+掺杂红色长余辉发光材料研究进展

Pr3+掺杂长余辉发光材料因其稳定高效的红色持久性发光而备受关注.近年来,Pr3+掺杂红色长余辉发光材料的基础研究和应用探索均取得了长足的进步.本文总结了Pr3+离子发光特性与电荷迁移带位置的关系,概述了最近报道的发光材料体系,讨论了余辉性能的优化途径,介绍了相关材料在信息加密、交流发光二极管(AC-LED)、生物成像...     

Au等离子体M带5f-3d跃迁的电子离子碰撞激发速率系数

电子离子碰撞激发速率系数在超组态碰撞辐射模型中真实模拟非局域热动力学平衡Au激光等离子体M带谱 5f 3d跃迁中各种复杂电荷态离子的电离态特性 (譬如离子的平均电离度 ,相对丰度和能级布居数 )是必不可少的。基于准相对论多组态Hartree Fock方法和扭曲波玻恩交换近似 ,采用自编的扭曲波程序ACDW (9)和Fit(9) ,从头计算了Au等离子体M带 5f 3d电子离子碰撞激发速率系数。结果表明 :在“神光II”实验装置诊断的电子温度约 2keV ,电子密度约 6× 10 2 1cm-3 范围内 ,这些电子离子碰撞激发参数有利于采用超组态碰撞辐射模型模拟Au的激光等离子体M带 5f～ 3d细致谱的平均电离度和电荷态分布。     

Yb~(3+)∶Pr~(3+)∶ZBLAN光纤中4f5d上转换激发的理论研究

利用粒子数速率方程和相关的辐射跃迁理论,计算了Yb3+∶Pr3+∶ZBLAN光纤中Pr3+离子4f5d能级两步上转换激发的动力学过程。得到不同Pr3+掺杂浓度下,激发光的光谱强度和粒子数密度的纵向分布和有效光纤长度随激发光的光谱强度的变化关系。另外,还得到了4f5d荧光强度与入射光强、光纤长度和Pr3+掺杂浓度的关系,给出了激发效率与激发光的光谱强度和Pr3+掺杂浓度的关系。     

Dy3+,Sm3+和Ce3+离子在M3La2(BO3)4(M=Ca,Sr,Ba)中光谱性质的研究

本文报导了Dy3+,Sm3+和Ce3+离子在M3La2(BO3)4(M=Ca,Sr,Ba)基质中的激发与发射光谱;研究了Dy3+离子黄蓝发射的相强度随基质化合物的组成和结构的不同而呈现的变化规律;讨论了Sm3+离子电荷迁移激发带的能量与基质中近邻阳离子的关系并分析了Sm3+和Eu3+离子4f电子构型对电荷迁移带能量的影响。本文还给出了Dy3+,Sm3+和Ce3+离子发光的浓度淬灭值。     

真空紫外光激发下掺Pr3+铝酸盐的自陷激子对Pr3+发光的影响

研究了SrAl12 O19:Pr3+和Y3Al5O12(YAG):Pr3+在20K,77K和300K的真空紫外(VUV)光谱,二者除了表现出Pr3+特有的发射性质外,还产生了一种特殊的发射现象,即自陷激子(STE)发射,并且其随着稀土离子浓度和温度的降低而增强.还着重讨论了自陷激子对Pr3+发光的影响.     

聚乙炔激子单线态和三线态的稳态性质与零磁场判据

在Su-Schrieffer-Heeger(SSH)模型基础上,计入弱电子关联的影响,研究聚乙炔单线态和三线态两类激子的行为.与单线态相比,三线态激子能级自旋简并丧失,能隙增大,电荷密度振荡局域分布以及自旋密度波产生,三线态激子吸收谱的相应特征峰发生~0.1 eV蓝移并且强度增加~40%.这些差异为区分两类激子提供了磁共振实验之外的判据.     

蓝光激发白光LED用深红色荧光粉 Ca1-x-yWO4∶xPr3+, yLi+的制备与表征

用高温固相法合成了用于白光LED的Ca_1-x-yWO₄∶xPr³⁺,yLi⁺ 红色荧光粉。用XRD、SEM和荧光分光光度计,对试样的晶体结构、表面形貌和发光性能进行表征。所合成的样品为四方晶系。经预先球磨的样品颗粒比较均匀,粒径较小。荧光粉的激发峰位于440~500 nm的宽带内,主要发射峰位于602,620,651 nm,对应于Pr³⁺的¹D₂→³H₄、³P₀→³H₆和³P₀→³F₂特征跃迁发射, 651 nm处的强度最大。同时还研究了Pr³⁺、Li⁺的掺杂浓度以及助熔剂的加入对样品性能的影响。实验结果表明,所合成的Ca_1-x-yWO₄∶xPr³⁺,yLi⁺是可用于蓝光芯片激发的白光LED用红色荧光粉。     

Y3+掺杂对CaGdAlO4:Pr3+,Yb3+荧光粉的微结构及其量子剪裁发光的影响

采用自蔓延燃烧法结合后期热处理手段制备得到了Y3+/Pr3+共掺杂的CaGdAlO4荧光粉材料.实验结果表明:当用与Gd3+离子半径较近的Y3+来取代Gd3+时,Pr3+的光致发光强度增强,使来自Pr3+的4f-5d跃迁的吸收峰峰值位置发生了从261nm至259nm的蓝移.在确定Y3+的最优浓度为50%,Pr3+的最优浓度为0.5%时,进一步制备了Y3+/Pr3+/Yb3+共掺杂的CaGdAlO4荧光粉材料,并实现了从深紫外到近红外的量子剪裁.在Yb3+的浓度达到6%时,Yb3+位于980nm的发射峰最强.经计算Y3+/Pr3+/Yb3+共掺杂的CaGdAlO4材料的量子剪裁效率约为168%,优于Pr3+/Yb3+共掺杂的CaGdAlO4荧光粉.此外,在254nm紫外光照射下,Y3+取代Gd3+的策略在一定程度上抑制了CaGdAlO4荧光粉材料的晶格热化现象.综上,用价格更低的Y部分取代Gd,可使CaGdAlO4:Pr3+/Yb3+荧光粉制备成本降低,并进一步优化其量子剪裁性能.该研究对硅空间太阳能电池的应用开发具有实际意义.     

温度对于掺杂在SrAl12O19中Pr3+4f5d发射的影响

测量了在真空紫外光激发下,SrAl12O19∶Pr3 在不同温度(308~483 K)时的发射光谱,同时观测到了电偶极禁戒的4f2→4f2和电偶极允许的4f5d→4f2跃迁。随温度升高,4f5d→4f2与1S0发射的相对强度逐渐增强。运用Pr3 4f2组态最高的能级—1S0能级和4f5d组态最低能级间的热平衡模型成功解释了SrAl12O19∶Pr3 发射光谱随温度变化的现象。     

pr3+ 激活的CaMoO4红色荧光粉的发光性质

采用高温固相法制备了稀土pr3+激活的Ca1-xPrxMoO4(0.005≤x≤0.02)系列红色荧光粉.荧光光谱表明:在453 nm激发下,样品产生了红光发射,其中对应于pr3+的特征跃迁3 P0→3F2位于654 nm的红色发射峰最强.分析了pr3的掺杂摩尔分数x对样品发光强度的影响,确定pr3+的最佳掺杂摩尔分数...     

偏硅酸钙中Pr3+的4f5d态的光谱特性及Pr3+→Gd3+的能量传递

合成了高效发射UV光的CaSiO3:Pr^3 新型荧光体，研究了室温下Pr^3 的4f5d态的发射和激发光谱，Pr^3 的4f5d态的最低子能级向4f^2组态的^3H4，^3H6和^1G4能级跃迁产生UV发射，并不伴随有4f-4f能级跃迁的可见光发射。Pr^3 的浓度猝灭是由于辐射和无辐射能量传递造成的，同时，在CaSiO3中，存在Pr^3 →Cd^3 的能量传递，探讨了其能量传递特性。     

稀土离子共掺杂的钼酸钙发光材料的合成与光谱性质

采用了化学共沉淀法合成了一系列的镨、铽共掺杂的钼酸钙发光材料,研究了单掺Pr~(3+)和Tb~(3+)以及CaMoO4∶0.03Pr~(3+),yTb~(3+)共掺杂的浓度、温度对材料发光性能的影响。采用X射线衍射仪(XRD)和荧光光谱对样品进行了晶格结构、荧光性质表征。XRD分析表明:样品的主衍射峰与标准卡片(JCPDS 29-0351的衍射峰数据一致,说明少量Pr~(3+)掺杂没有改变基质晶格结构。荧光光谱分析表明,样品在275nm紫外光激发下,发射光谱主要包括多个发射峰,波长为488,560,621和652nm,分别对应于镨离子的~3P_0-~3H_4,~3P_0-~3H_5,~1D_2-~3H_4和~3P_0-~3F_2的跃迁,在掺杂量为3%时,样品特征发射峰最强,CaMoO4∶0.03Pr~(3+)和CaMoO4∶0.05Tb~(3+)的最佳煅烧温度分别为800和600℃。随着Pr~(3+)和Tb~(3+)掺入量的增加,CaMoO4∶Pr~(3+)发光材料的特征发射光谱和激发光谱的特征峰强度逐渐减小,而CaMoO4∶Tb~(3+)材料发光先减小后增大,存在着浓度猝灭效应。此外,在CaMoO4∶0.03Pr~(3+),yTb~(3+)发光体系中,Tb~(3+)的共掺杂可显著增强镨离子的特征发射峰,这是由于存在Tb~(3+)→Pr~(3+)的有效的能量传递。     

PbWO4闪烁晶体的发光动力学模型

在对PbWO₄闪烁晶体的光谱特性、发光衰减及其温度依赖以及热释光的研究基础上,并结合理论计算,提出了PbWO₄晶体发光的动力学模型,给出了PbWO₄晶体的基本能带结构及激子发光中心能态、陷阱能级在能隙中的位置。用此模型可以完整说明PbWO₄的发光过程,特别是导致室温下发光效率低的原因。最后还对其主发射成分蓝、绿发光中心的起源作了简要讨论。     

Zn1-x Mo1-ySiyO4∶Eu3+x红色荧光粉的合成及发光性能研究

通过固相法合成LED用Zn1-xMo1-ySiyO4∶Eu3+x红色荧光粉(0.05≤x≤0.30, 0≤y≤0.09), 讨论了助熔剂、温度等合成条件对Zn1-xMo1-ySiyO4∶Eu3+x荧光粉发光性质的影响。 当烧结温度为800 ℃时, 可以生成ZnMoO4纯相目标产物。 由于荧光粉的结晶度和粒径随烧结温度的升高而增大, 所以随着烧结温度的升高, 样品的发光强度有所提高; 当助熔剂Na2CO3的用量约为4%时的样品发射光的强度比未使用助熔剂时明显增强, 说明在此体系中, 当Eu3+取代Zn2+时, Na2CO3充当助熔剂的同时, Na+起到了电荷补偿作用。 荧光光谱实验显示Zn1-xMo1-ySiyO4∶Eu3+x能够被393和464 nm的紫外光激发, 在616 nm处发出强烈的红色荧光。 当Eu3+掺杂量约为20% mol时, Zn1-xMo0.97Si0.03O4∶Eu3+x荧光粉在616 nm处的发光强度达到最大。 在引入Si4+离子后能显著增强Zn1-xMoO4∶Eu3+x的发光强度, 组成为Zn0.80Mo0.97Si0.03O4∶Eu3+0.20样品（激发峰值为393 nm）的荧光强度要比Y2O2S∶Eu3+0.05荧光粉的发光强度强2倍。 所以这种荧光物质能够更好地适用于白光LED。     

Preparation,luminescence and structural properties of rare‐earth‐doped RbLuS2 compounds

Rare‐earth (RE = Ce, Pr, Sm, Tb) doped ternary sulfides of the general formula RbLu_0.99RE_0.01S₂ and undoped RbLuS₂ were synthesized in the form of crystalline hexagonal platelets by chemical reaction in the electric resistance furnace under the flow of hydrogen sulfide. Only a single crystalline phase of the rhombohedral lattice system (space group $ {\rm R}\bar 3{\rm m}) $ was detected by X‐ray powder diffraction. Absorption and luminescence characteristics were measured. The band edge of RbLuS₂ is found at 310 nm, and characteristic Pr³⁺, Sm³⁺ and Tb³⁺ 4f–4f emission lines in the visible spectral range are observed. A charge transfer transition in the Pr³⁺ excitation spectrum in the near UV spectral region is revealed and an efficient energy transfer from the host to the emission centers is found. The application potential for white LED or X‐ray phosphors is discussed. (© 2012 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

BaGa2Si2O8∶Eu^2+,Eu^3+,Pr^3+的发光性质及其防伪加密应用

采用高温固相法在单一基质中制备了具有多模态发光特性的系列荧光粉BaGa2Si2O8∶Eu2+,Eu3+,Pr3+,掺入适量的Pr3+可显著改善荧光粉的余辉发光性能。结果表明,该系列荧光粉在254 nm或365 nm的光激发下,具有不同颜色的光致发光和余辉发光,体现出多模发光特征;同时该系列荧光粉的余辉发光还具有不同的衰减时间。根据这些发光特性,选用合适的荧光粉制作了系列发光图案。相关典型应用示例表明,该发光图案的多模发光特征可应用于发光防伪应用,而基于其差异化的余辉衰减特性,还可以设计出可动态变化的余辉发光图案,从而增加发光防伪和加密的安全层级。