碱金属离子对稀土掺杂氟化物上转换荧光的影响

提高稀土掺杂材料的上转换荧光效率具有重大的应用价值。本文通过水热法合成了不同种类的碱金属离子掺杂氟化物上转换荧光材料,通过对比样品上转换荧光特性研究其中碱金属离子的作用。发现锂离子能够明显改善稀土掺杂NaYF_4的上转换荧光强度,并在稀土掺杂LiYF_4中实现了比常用的NaYF_4中强近7倍的上转换荧光发射。此外,在具有较高上转换效率的LiYF_4基质中通过浓度优化,合成了具有高效白光上转换发射的荧光粉,其CIE坐标值为(0.32,0.36)。本项工作将对高效稀土掺杂上转换材料及照明器件的构建提供一定的参考。     

八面体结构纳米CeO2:Er^3+;的合成及发光性质

采用水热合成法制备了八面体结构纳米CeO2∶Er^3+,并研究了稀土Er^3+离子掺杂对CeO2纳米晶的结构以及发光特性的影响。所合成的CeO2纳米晶具有八面体结构,结晶完好,粒度均匀。XRD和拉曼光谱测试结果表明所制备的CeO2纳米晶为面心立方萤石结构,稀土Er^3+离子的掺杂在基质晶格中产生了氧空位缺陷,并产生了晶格畸变。在980 nm激光激发下产生了稀土Er^3+离子绿色(2H11/2,4S3/2→4I15/2)、红色(4F9/2→4I15/2)和近红外(4I11/2,4I13/2→4I15/2)发光。随着稀土Er^3+离子掺杂浓度的变化,样品的发光光谱在可见光和近红外光范围产生了不同的猝灭浓度,这是由于掺杂浓度变化对Er^3+-Er^3+之间的交叉驰豫过程产生了影响,Er^3+的能级布居变化引起了发光特性的改变。     

Tm~(3+)掺杂Ge-Ga-Se玻璃中红外发光特性与多声子弛豫分析

用熔融急冷法制备了系列不同Tm3+掺杂浓度的Ge30Ga5Se65玻璃样品,测试了样品折射率、拉曼光谱、吸收光谱以及800nm激光泵浦下的近红外及中红外波段荧光光谱和荧光寿命。用Judd-Ofelt理论计算了Tm3+在Ge30Ga5Se65玻璃中的强度参数Ωi(i=2,4,6)、自发辐射跃迁概率A、荧光分支比β和辐射寿命τrad等光谱参数。讨论了800nm激光泵浦下掺杂1Wt%Tm3+样品在近红外1.23,1.48和1.8μm处的发光特性及各量子效率,研究了800nm激光泵浦下的样品中红外荧光特性与掺杂浓度之间的关系,计算了常温下该基质玻璃中Tm3+:3H5→3F4跃迁对于3.8μm处的多声子弛豫速率Wmp和Ge30Ga5Se65玻璃基质中多声子弛豫常数W(0)和电子-声子结合常数α值。结果表明Ge30Ga5Se65硒基玻璃较低的声子能量可以大大降低稀土离子能级间跃迁的多声子弛豫概率,从而提高中红外荧光发光效率,因此硒基玻璃作为稀土离子的掺杂基质材料对实现中红外荧光输出是非常有利的。     

提高能量上转换效率的实验探讨

通过以TeO₂,GeO₂,ZnF₂,SiO₂,PbF₂等为主体的氟氧化物玻璃陶瓷基质材料的研究提出了提高上转换效率的某些条件.选择低声子能量的基质,且基质的M系数接近稀土离子的M系数的氟氧化物基质材料是高效上转材料的基础,选择激发光光子能量与稀土离子、敏化稀土离子能级匹配是高效上转换材料的必要条件.为设计研究稀土掺杂能量上转换材料提供了有理论和应用价值的结果. 关键词： 能量上转换 氟氧化物玻璃陶瓷 稀土掺杂     

Mg掺杂ZnO纳米晶的低温共沉淀法制备及光学性质

采用共沉淀(co-precipitation)法制备了Mg掺杂ZnO纳米晶,分别用X射线衍射(XRD)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、紫外可见吸收(UV-Vis)光谱、光致发光(PL)光谱、透射电镜(TEM)、电子顺磁共振(EPR)等分析手段对样品进行了表征。探究了Mg离子在ZnO纳米晶中的存在状态,ZnO纳米晶颗粒尺寸和发射光谱随Mg掺杂浓度的变化,并对其发光机理进行了分析。结果表明:Mg离子在ZnO晶格中以部分晶格位,部分间隙位的方式存在,没有形成MgO表面壳层结构;随Mg掺杂浓度的增大,ZnO纳米晶的颗粒尺寸变小,发射光的光强增大。发射光的最佳激发波长为342nm,中心波长为500nm,荧光量子产率为22.8%。实验分析表明:Mg离子的掺杂在ZnO纳米晶中引入了锌空位(VZn),间隙位的镁离子(IMg),提供了新的复合中心,从而增强了ZnO纳米晶的光致发光。     

SrO/Al2O3比率对Sr2AlO4:Eu,Dy发光性能的影响

采用高温固相法合成稀土离子掺杂碱土铝酸盐发光粉,通过改变原料配比分别合成出富Sr和富Al的Sr2AlO4：Eu,Dy发光粉样品。XRD分析结果表明,SrO／Al2O3比率的微小变化不会影响样品的晶相组成。样品的发光性能和长余辉特性测试结果表明,富Al的Sr2AlO4：Eu,Dy发光粉具有较高的荧光强度及较长的余辉时间,说明Sr2AlO4晶格中SrO／Al2O3比率对Sr2AlO4：Eu,Dy发光性能和长余辉特性有很大的影响。激发与发射光谱、发射峰余辉衰减以及热释光谱分析表明,SrO／Al2O3比率的微小变化,导致晶格中发光中心Eu^2 浓度和陷阱的深度与密度发生改变。在富Sr体系中,稀土掺杂离子Eu^2 ,Dy^3 较难进入Sr^2 的晶格位置,晶格中发光中心Eu^2 浓度和陷阱密度都较低,使得粉体发光强度较低,余辉时间较短。     

提高能量上转换效率的实验探讨

通过以TeO2,GeO2,ZnF2,SiO2,PbF2等为主体的氟氧化物玻璃陶瓷基质材料的研究提出了提高上转换效率的某些条件.选择低声子能量的基质,且基质的系数接近稀土离子的M系数的氟氧化物基质材料是高效上转材料的基础,选择激发光光子能量与稀土离子、敏化稀土离子能级匹配是高效上转换材料的必要条件.为设计研究稀土掺杂能量上转换材料提供了有理论和应用价值的结果.     

Yb：YAG晶体中的荧光浓度猝灭现象

在Ｙｂ：ＹＡＧ晶体中发现浓度猝灭现象,对猝灭机制进行了分析研究,指出退火前晶体的荧光浓度猝灭现象主要由Ｙｂ＾２＋、色心和由此产生的晶格畸变所致高掺杂浓度时痕量稀土杂质离子的存在也将导致浓度猝灭,确定了Ｙｂ：ＹＡＧ晶体中Ｙｂ＾３＋的理想掺杂浓度。     

锂离子电池正极材料Li_2MnO_3稀土掺杂的第一性原理研究

掺杂是锂离子电池电极材料优化改性的一种有效的方法.稀土元素因其具有高的电子电荷、大的离子半径以及强的自极化能力,成为掺杂改性的重要选择.本文利用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了稀土元素(La, Ce, Pr, Sm)掺杂的锂离子电池正极材料Li_2MnO_3的性质.通过稀土元素的掺杂, Li_2MnO_3材料的晶格常数和晶胞体积都有不同程度的增大.由于稀土原子的价态不同,导致掺杂后的Li_2MnO_3的电子结构性质不同. La掺杂的Li_2MnO_3表现出金属性,而Ce, Pr, Sm掺杂的结构为半导体性质,但带隙与未掺杂情况下相比有所减小. Li_2MnO_3中的Li离子迁移在La和Ce掺杂后展示出复杂的能垒变化.在远离稀土离子处,Li离子迁移势垒比未掺杂时减小,但在靠近稀土离子处则表现为势垒变化的多样性.当Li离子在离稀土离子最近的位置处进行迁移,势垒有明显的增加,这一结果与稀土离子周围的局域结构变化大密切相关.     

纳米晶ZrO2：DY^3＋的制备与发光性质研究

利用共沉淀法制备了纳米晶ZrO2:Dy3 发光粉体,对不同掺杂浓度、不同煅烧温度的系列样品,均观测到Dy3 离子的室温强特征发射.样品的晶相与发射性质的研究表明:所制备的样品经600℃～950 ℃热处理后,晶相经历从四方相到以单斜相为主的变化;由于晶相的变化,发现有两个发光中心,分别位于四方相和单斜相.激发Dy3 的6P7/2能级,当稀土离子处在四方相(格位一)时有利于483 nm和583 nm的发射,当稀土离子处在单斜相(格位二)时有利于490 nm和577 nm的发射.基质ZrO2和Dy3 离子之间有能量传递,950℃时能量传递效果最好.荧光强度与掺Dy3 离子浓度关系表明,Dy3 在纳米晶ZrO2中的最适合掺杂浓度与ZrO2的晶相有关,四方相时,最适合掺杂浓度为0.5%,混合相时为1%.     

La、Ce掺杂ZnO纳米晶的发光特性

共沉淀法制备了稀土镧、铈掺杂的ZnO半导体纳米晶。X射线衍射(XRD)结果表明:掺杂的ZnO纳米晶为六方纤锌矿结构,随掺杂浓度增加ZnO粒径减小。对铈掺杂纳米ZnO,以波长380nm激发,在443nm处出现了半峰宽较窄的强的蓝光发射峰;镧掺杂ZnO纳米晶则为从418~610nm的多峰宽带发射。     

稀土掺杂材料的上转换发光

稀土掺杂材料的上转换发光是实现光波频率转换的重要途径,也是稀土掺杂发光材料研究的重要内容。本文从介绍与上转换相关的基本概念出发,阐述了稀土离子上转换发光的发展历史;对稀土离子掺杂材料的能量传递、激发态吸收、合作敏化、合作发光、双光子吸收激发及光子吸收雪崩等上转换发光机制进行了概述,并对各机制进行了比较;对不同稀土离子掺杂体系中上转换发光的机制进行了总结;对以往研究的稀土掺杂上转换发光材料的基质,包括粉体材料、晶体材料、非晶材料进行了概括;最后对影响稀土离子上转换发光效率的因素进行了分析,提出了在上转换发光材料的设计中应重点考虑基质对泵浦光及上转换发射光的吸收、基质材料的声子能量、稀土离子的掺杂方案及泵浦途径等因素。     

非稀土掺杂协同核壳包裹对氟化物纳米晶上转换发光性能的增强

为提高上转换纳米晶的发光效率,提出协同增强的策略,将核壳包裹和非稀土离子掺杂两种方式进行有效的结合,使上转换纳米晶的发光效率实现"1+12"的增强效果。以Na Gd F_4作为基质材料,Yb~(3+)和Er~(3+)分别作为敏化离子和发光离子,以Li~+离子和Na Gd F_4作为非稀土掺杂离子和包裹壳层来构建核/壳纳米结构,研究两种增强方式的协同作用对Na Gd F4∶Yb~(3+)/Er~(3+)纳米晶的上转换发光性能的影响。结果表明,Li+离子掺杂与包裹Na Gd F4壳层共同作用使得β-Na Gd F4∶Yb~(3+)/Er~(3+)纳米晶的上转换发光增强了39倍,明显优于单一方式的增强效果。通过一系列的优化实验结果发现,Li+离子的最佳掺杂摩尔分数为4%。基于以上实验结果,给出了非稀土离子掺杂核壳纳米晶协同增强上转换发光效率的机理。     

微量元素掺杂对LED用红色荧光粉(Sr,Ca)AlSiN3:Eu2+长期性能的影响

(Sr,Ca)AlSiN₃:Eu²⁺红色荧光粉在热性能和长期使用性能等方面还有一定差距,导致制成的白光LED在长期工作状态下发生光衰和色标漂移,影响了白光LED的品质。为解决这一问题,将微量碱土金属离子和稀土金属离子掺入(Sr,Ca)AlSiN₃:Eu²⁺中,研究其对(Sr,Ca)AlSiN₃:Eu²⁺红色荧光粉热性能和长期使用性能的影响。实验结果表明:Li⁺-Dy³⁺、Li⁺-Ho³⁺等碱土金属-稀土金属离子对(Sr,Ca)AlSiN₃:Eu²⁺红色荧光粉的光衰性能有较明显的提升,同时也显著减小了制灯后长时点亮的色漂移。     

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。     

Tailoring red-green-blue emission from Er3+, Eu3+ and Tb3+ doped Y2O3 nanocrystals produced via PVA-assisted sol-gel route

Y₂O₃ luminescent nanoparticles were synthesized via PVA-assisted sol-gel method and their structural and optical properties were investigated. Effects of rare earth (Er³⁺, Eu³⁺ and Tb³⁺) doping on luminescence properties of the produced nanophosphors have been investigated under NIR (800 nm) and UV (240–300 nm) excitation. Intense infrared to red and green emissions were observed and a weak blue upconverted luminescence was also detected. Moreover, it was observed that changing the doping ions, the color emitted by the samples could be modified and different combinations of UV excitation and doping produced effective white light emissions. The obtained results demonstrate that PVA-assisted sol-gel is an effective methodology for the synthesis of rare-earth doped Y₂O₃ nanophosphors.     

Influence of co‐dopant in the europium reduction in SrAl2O4 host

Xerogels of strontium chlorate and aluminium chlorate doped with europium (un‐co‐doped) and co‐doped with rare earth ions (Ln = Gd, Dy, Er and Y) were prepared using the proteic sol–gel route. Synchrotron radiation was used to investigate the effect of different co‐dopants on the Eu³⁺→ Eu²⁺ reduction process during the synthesis of the samples. Samples were excited at the Eu L_III‐edge and the XANES regions were analyzed. The results suggest that some of the Eu ions can be stabilized in the divalent state and that it is difficult to completely reduce Eu³⁺ to Eu²⁺ during thermal treatment. The mechanisms of the Eu reduction processes are explained by a proposed model based on the incorporation of charge‐compensation defects.     

第二配体对Sm(DBM)3掺杂的PMMA样品发光的影响

分别使用phen（1,10-邻菲咯啉）、TOPO（三正辛基氧化磷）、TPPO（三苯基氧化磷）作为第二配体与Sm（DBM）3（DBM：二苯甲酰甲烷）相互作用,合成了相应的配合物,然后分别将其掺入MMA中,进行聚合得到了固体样品。测量了不同第二配体样品及无第二配体样品的激发和发射光谱,对谱峰做了指认。发射谱中主要发射峰均为Sm^3＋的特征发射,有机配体的发光带很弱,说明从有机配体到稀土发光中心的能量传递非常有效。监测Sm^3＋离子644nm发射峰（^4G5/2→^6H9/2）测量了样品的激发光谱。结果显示,第二配体的加入改变了有机配体的能级结构,激发边出现明显的移动,同时紫外区的激发效率发生了变化,对发光产生了显著的影响。还测量了上述样品中Sm^3＋的^4G5/2能级的发光衰减曲线,拟合出该能级的跃迁寿命,针对不同第二配体的情况进行了比较分析。实验结果表明,第二配体的共轭性和化学键匹配对发光强度影响很大,在我们的结果中,第二配体为TPPO时发光效率最高。     

Cathodoluminescence of radiative centers in wide-bandgap materials

Features of the local cathodoluminescence method during the investigation of wide-bandgap materials doped by rare earth ions are considered. The high energy of the primary electron beam, the possibility of variation of the specific excitation power by orders of magnitude, and the locality of the method allow one to study transitions, which require radiation with an energy of more than 5 eV to be excited, to study homogeneity of the dopant distribution with a spatial resolution better than 1 μm, and to investigate spectra of radiation emitted from various depths by a nondestructive technique. A model is proposed that allows one to evaluate the efficiency of radiative level excitation and the content of luminescent centers. We suggest a new approach to the investigation of electronic traps in wide-bandgap samples using variation of radiation intensity under stationary exposure.     

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。