二氧化铈基稀磁氧化物的第一性原理研究

基于第一性原理的计算方法研究了纯CeO_2、Co掺杂CeO_2和同时引入氧空位Vo和Co掺杂的CeO_2稀磁半导体体系.通过计算体系的能带结构和态密度,探讨了该体系磁性产生的机制.计算发现,纯CeO_2体系不具有磁性;没有氧空位Vo的Co掺杂CeO_2体系中,Co离子之间通过O原子发生超交换反铁磁耦合,体系无铁磁性;当氧空位Vo和Co离子同时存在于CeO_2体系中时,Co离子之间通过氧空位Vo发生铁磁耦合,该体系表现出铁磁性能.另外,由氧空位Vo诱导的Co离子之间的铁磁耦合不仅发生在紧邻的两个Co离子,而且可以扩展到几个原子距离的长度.计算结果证明了氧空位Vo诱导铁磁性耦合机制.本文工作将为CeO_2基稀磁半导体体系制备与磁学性质的研究提供支持.     

Dy~(3+),Sm~(3+)和Ce~(3+)离子在M_3La_2(BO_3)_4(M=Ca,Sr,Ba)中光谱性质的研究

本文报导了Dy~(3+),Sm~(3+)和Ce~(3+)离子在M_3La_2(BO_3)_4(M=Ca,Sr,Ba)基质中的激发与发射光谱;研究了Dy~(3+)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Sm~(3+)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Sm~(3+)和Eu~(3+)离子4f电子构型对电荷迁移带能量的影响。本文还给出了Dy~(3+),Sm~(3+)和Ce~(3+)离子发光的浓度淬灭值。     

Dy~(3+),Sm~(3+)共掺杂Ca_2A1[AlSiO_7]荧光粉的发光性质研究

采用高温固相反应法合成了一系列Dy~(3+)、Sm~(3+)单掺杂和共掺杂铝方柱石发光材料,详细地研究了Dy~(3+)、Sm~(3+)掺杂对铝方柱石的结构和发光性质的影响。XRD结果表明Dy~(3+)、Sm~(3+)离子单掺杂和共掺杂样品均形成了单相的铝方柱石结构化合物,并没有改变基质的晶体结构。发光光谱表明,通过调节Dy~(3+)、Sm~(3+)离子的掺杂比例,发光颜色可实现从黄色到黄白色的可控调节。此外,发射和激发光谱表明,Dy~(3+)与Sm~(3+)离子之间存在有效的光谱重叠,暗示着Dy~(3+)→Sm~(3+)的能量传递。荧光寿命衰减结果进一步证实Dy~(3+)与Sm~(3+)离子之间是一种无辐射共振能量传递方式。     

Cu~(2+)离子共掺杂的β-NaYF_4∶Yb~(3+),Er~(3+)晶体的制备与上转换发光性能的提高

采用水热法制备Cu~(2+)离子共掺杂的β-NaYF_4∶20%Yb~(3+),2%Er~(3+)上转换晶体。通过X射线衍射(XRD)及透射电子显微镜(TEM)数据分析,Cu~(2+)离子的掺杂不影响样品的晶相与形貌。通过荧光光谱观察到,随着Cu~(2+)离子的掺杂摩尔分数从0增加到40%,紫外到可见的上转换发光强度先增大再减小。在掺杂5%Cu~(2+)离子时,β-NaYF_4∶20%Yb~(3+),2%Er~(3+)晶体呈现出最大的上转换发光强度。这是因为低价态的Cu~(2+)离子掺杂导致F-空位的产生,降低了Er~(3+)离子周围晶体场的对称性,从而有利于上转换发光的增强。     

Sm~(3+)在玻璃中的发光以及Sb~(6+)、Ce~(6+)、Gd~(3+)对Sm~(3+)发光性质的影响

本文研究了单掺(Sm~(3+),Ce~(3+)、Gd~(3+).Sb~(3+)、双掺(Sm~(3+)+Ce~(3+)、Sm~(3+)+Gd~(3+),Sm~(3+)+Sb~(3+))和兰掺(Sm~(3+)+Gd~(3+)+Ce~(3+))约四十余种不同玻璃的发射谱和激发谱.探讨了玻璃成份和掺杂离子浓度对Sm~(3+)发光性质的影响以及Ce~(3+),Gd~(3+)、Sb~(3+)、Ce~(3+)+Gd~(3+)对Sm~(3+)的敏化作用。     

运用第一性原理研究氧化锌电阻阀片中氧空位与掺杂条件下ZnO晶体电学性质

为了比较Nb_2O_5、MnO_2、MgO三种添加剂对氧化锌电阻阀片电学性能影响,在微观层面模拟Nb、Mn、Mg三种元素分别掺杂ZnO完整超晶胞和带有氧空位缺陷的ZnO超晶胞,并运用第一性原理分析掺杂晶胞的特性.本文计算了晶体结构、掺杂形成能、氧空位形成能、能带结构、态密度、载流子迁移率、电导率等.结果表明,掺入Nb原子的掺杂体系晶格体积最大,Mg掺杂体系的形成能最大,稳定性最弱,Nb掺杂氧空位形成能最低,更容易引入氧空位.Nb掺杂的ZnO超晶胞禁带宽度最小,氧空位缺陷增大掺杂晶体的禁带宽度.在相同掺杂浓度和同等条件下,Mn掺杂的晶体电导率最高.     

Sm~(3+)掺杂NaLa(WO_4)_2单一基质白光荧光粉制备及发光性能

单离子掺杂体系单一基质白光荧光粉可以有效克服紫外芯片+三基色荧光粉获得白光方案中颗粒分散性和沉降性不均的问题,克服荧光粉彼此间发光再吸收及三基色配比调控等问题.本文采用熔融盐法制备了Sm~(3+)离子单掺NaLa(WO_4)_2:x Sm~(3+)白光荧光粉.在紫外光激发下,WO_4~(2-)自激活发出的蓝绿光,与Sm~(3+)发射的绿光、黄光、橙光和红光混合得到了白光.在250 nm激发下,荧光粉会发出冷白光;在403 nm激发下会发出暖白光.随着Sm~(3+)掺杂浓度增加,相对色温逐渐降低.所制备的样品均为纯的四方相结构,晶粒形貌为不规则菱形薄片.通过分析实验数据确定Sm~(3+)离子间的能量猝灭类型为电偶极-电偶极作用.得到的NaLa(WO_4)_2:x Sm~(3+)荧光粉具有较高的稳定性,能被近紫外LED芯片有效地激发,可作为单离子掺杂单一基质白光荧光粉潜在候选.     

Na_2CaSiO_4:Sm~(3+),Eu~(3+)荧光粉的发光特性和能量传递

利用高温固相法合成Na_2CaSiO_4:Sm~(3+),Eu~(3+)系列荧光粉末,研究了Sm~(3+)和Eu~(3+)掺杂对Na_2CaSiO_4晶体结构的影响、材料发光特性以及存在的能量传递现象.X射线衍射结果表明Sm~(3+)和Eu~(3+)单掺及共掺样品均为单相的Na_2CaSiO_4结构,晶体结构没有改变.Na_2CaSiO_4:Sm~(3+)荧光样品在404 nm激发波长下呈现峰峰值为602 nm的橙红色荧光,来源于~4G_(5/2)→~6H_(7/2)跃迁.Na_2CaSiO_4:Eu~(3+)荧光样品在395 nm激发波长下发射出峰峰值为613 nm的红色荧光.对光谱和荧光寿命的测试和分析结果表明Sm~(3+)与Eu~(3+)之间存在能量传递,通过理论计算得到Sm~(3+)和Eu~(3+)之间的能量传递临界距离为1.36 nm,相互作用形式为电四极-电四极相互作用.随着Eu~(3+)掺杂浓度的增加,能量传递效率也逐渐提高至20.6%.     

Sm~(3+)掺杂对SrLaGa_3O_7自身长余辉发光性质的影响

采用高温固相法制备了Sr La Ga_3O_7∶x Sm~(3+)长余辉材料,通过XRD、荧光光谱、热释光谱分别对样品的结构以及发光性能进行了研究,探究了Sm~(3+)掺杂浓度对样品自身长余辉发光性能的影响。研究结果表明:样品在254 nm紫外光照射后,Sr La Ga_3O_7∶x Sm~(3+)在386 nm有明显的长余辉发光,可持续60 min,主要是由于样品中空位引起的发光。随着掺杂Sm~(3+)浓度的增加,样品的发射光谱和余辉强度先增强后减弱,并出现明显的红移现象,这与Sm~(3+)掺杂所造成的空位浓度密切相关。当Sm~(3+)的摩尔分数达到0.5%时,样品在420 nm处展现最佳的长余辉性质。热释光谱表明掺杂后的样品中存在两种不同的陷阱,分别是由氧空位和锶空位引起的,这两种陷阱不仅影响样品的发光强度,而且充当俘获中心从而影响样品的余辉性能。     

Eu~(3+)掺杂浓度及基质氧空位对Ca~(2-x)Eu_xSnO_4发光性能的影响

采用高温固相法制备Ca_(2-x)SnO_4:xEu~(3+)(x=0,0.001,0.005,0.01,0.015,0.02)发光材料,分别在空气和真空氛围中进行烧结,研究Eu3+掺杂浓度及基质中氧空位对样品发光性能的影响。随着Eu~(3+)离子浓度的增加,发射强度呈逐渐增大的趋势,主发射峰由两个分别位于614 nm和618 nm的峰逐步合为一个位于616nm的发射峰。在Ca_(2-x)SnO_4∶xEu~(3+)样品的激发光谱中,存在着200~295 nm的Eu~(3+)-O~(2-)电荷迁移带,随着Eu~(3+)离子浓度的增加,电荷迁移带的峰位由271 nm红移到286 nm。此外,在Eu~(3+)离子掺杂浓度相同的情况下,真空中烧结得到样品的发光强度是空气中烧结得到样品的2倍。这是由于在真空氛围中烧结产生的氧空位增加使得传导电子密度升高,导致发光强度增加。而且,氧空位的增加导致电子陷阱的增多,这使得Ca_(2-x)SnO_4∶xEu~(3+)样品的余辉性能得到了很大程度的提高。     

Ce3+/Tb3+/Sm3+共掺CaO-B2O3-SiO2玻璃的光学性能调控

采用高温熔融法制备了Ce³⁺/Tb³⁺/Sm³⁺掺杂的CaO-B₂O₃-SiO₂（CBS）发光玻璃。通过傅利叶红外光谱仪、荧光光谱仪表征了该系列发光玻璃的微观结构和发光性质,并对Ce³⁺到Tb³⁺、Ce³⁺到Sm³⁺之间的能量传递机制进行了研究。结果表明,在339,378,407 nm激发下,单掺Ce³⁺、Tb³⁺和Sm³⁺的CBS玻璃分别发射紫蓝光、绿光和红光,恰好符合混合合成白光的条件。Ce³⁺/Tb³⁺和Ce³⁺/Sm³⁺双掺CBS玻璃的发射光谱以及Ce³⁺衰减寿命的变化证实了Ce³⁺→Tb³⁺和Ce³⁺→Sm³⁺之间存在能量传递,随Tb³⁺和Sm³⁺浓度增加,Ce³⁺的寿命减小,且传递效率由5.4%和5.7%分别增加至24.0%和27.1%。调节3种稀土离子的掺杂浓度并选择合适的激发波长,实现了发光颜色可调,并最终获得白光发射。     

铈铕共掺高钆氧化物玻璃的发光性能及能量传递效应

在还原气氛下, 采用高温熔融法制备了Eu²⁺/Ce³⁺共掺的高钆氧化物玻璃. 荧光性能测试显示, Ce³⁺能够有效地敏化Eu²⁺的发光, 使Eu²⁺的发光强度增强了2.3倍; 测试对比了Ce³⁺ 发光的荧光寿命随Eu²⁺的掺入前后的变化情况, 计算得出Ce³⁺→Eu²⁺ 的能量传递效率可达61.5%, 并进一步探讨了其能量传递机理. 研究表明: 在高钆氧化物玻璃中, 采用Eu²⁺ 和Ce³⁺ 共掺的方法可有效地增强Eu²⁺ 的发光性能和闪烁性能. 关键词： 发光玻璃 能量传递 荧光寿命     

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。     

Sm3+掺杂的SnNb2O6粉体的光谱特性

采用熔盐法制备了Sm³⁺掺杂的SnNb₂O₆粉体, 利用X射线粉末衍射、扫描电子显微镜对其物相和形貌进行了表征, 用激发、发射光谱和荧光寿命对样品的发光性能进行了研究.结果表明:所得样品为单斜晶系的SnNb₂O₆, 在407 nm的激发下, 有较强的橙红色发射, 最强峰位于599 nm, 属于Sm³⁺的⁴G_5/2→⁶H_7/2跃迁.     

Ce3+,Tb3+共掺BaYF5微晶玻璃的光学特性

采用高温熔融法制备了一种新型的Ce3 +/Tb3+共掺BaYF5微晶玻璃.测试了微晶玻璃的X射线衍射图(XRD)谱、激发光普和发射光谱.研究发现:660℃热处理2h后的玻璃基质中析出BaYF5纳米晶相,根据XRD结果用Scherrer公式计算得到晶粒大小约为27 nm;在近紫外光(338 nm)激发下,观察到BaYF5...     

掺杂离子对白色长余辉发光材料Y2O2S:Tb3+, Eu3+,M2+ (M=Mg,Ca, Sr,Ba),Zr4+性能的影响

采用高温固相法制备了白色长余辉发光材料Y₂O₂S:Tb³⁺, Eu³⁺,M²⁺(M=Mg, Ca, Sr, Ba), Zr⁴⁺, 利用X晶体衍射、发光光谱、余辉曲线和热释光曲线等对制备的材料进行表征。结果表明:掺杂离子没有改变样品晶体结构和发射峰的位置,但对其发光强度、余辉时间及陷阱深度有较大的影响。在263 nm紫外光的激发下,469 nm和626 nm的发射分别对应于Eu³⁺的⁵D₂→⁷F₀、⁵D₀→⁷F₂跃迁,544 nm的发射对应于Tb³⁺的⁵D₄→⁷F₅跃迁,主要通过它们的混合产生白光。掺杂不同二价离子样品的余辉性能按Mg²⁺、Sr²⁺、Ca²⁺、Ba²⁺的顺序递减,其中掺杂Mg²⁺的样品,色度坐标为(0.29,0.32),陷阱深度为1.17 eV,余辉时间长达320 s(≥1 mcd/m²),表现出最佳的发光性能。     

Nd~(3+)/Yb~(3+)共掺磷酸盐玻璃光纤的发光与激光特性研究

以970 nm和808 nm半导体激光器作为抽运源,从光纤长度和抽运功率两个方面,探讨了Nd~(3+)/Yb~(3+)摩尔浓度比约为4:1的共掺磷酸盐玻璃光纤的发光与激光特性.在970 nm抽运下,光纤光谱以Yb~(3+)离子的发光为主,但Yb~(3+)→Nd~(3+)能量传递会对光纤光谱(激光和受激放大自发辐射)产生调制作用,调制作用随970 nm抽运功率或光纤长度的增加而显著,甚至出现显著的双波长激光现象.尽管玻璃样品中Nd~(3+)→Yb~(3+)的能量传递效率ηNd→Yb高达64%,但在808 nm抽运下,激光峰始终在1053 nm附近产生,且与808 nm抽运功率大小和光纤长度无关.为解释这一现象,推导了考虑Nd~(3+)离子受激辐射的能量传递模型.从理论模型来看,Nd~(3+)→Yb~(3+)能量传递作用随Nd~(3+)离子受激辐射信号光强度的增加而迅速减弱,这与该光纤实际测试的荧光光谱随808 nm抽运功率的变化规律相符合.因此,当采用Nd~(3+)离子来敏化Yb~(3+)离子时,需要考虑Nd~(3+)离子的受激辐射对Nd~(3+)→Yb~(3+)能量传递的抑制作用.     

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...     

碱金属离子,Gd3+,Ce3+共掺杂的Lu3Al5O12陶瓷粉体的光学性能

用高温固相法制备了(Gd_xM_yLu_0.99-x-y)₃Al₅O₁₂:1%Ce³⁺(x=0,0.01,0.25,0.5,0.75,y=0,0.005,0.01,0.02,0.05,0.1,M=Li⁺,Na⁺,K⁺,Cs⁺)系列陶瓷粉体。X射线衍射仪对合成粉末微结构进行表征,FLS920光谱仪测量样品的激发光谱、发射光谱和荧光寿命,CIE色度系统分析合成材料的色坐标。X射线衍射仪结果显示,不同浓度碱金属离子、Gd³⁺、Ce³⁺共掺杂Lu₃Al₅O₁₂样品仍为立方晶相,但随着碱金属离子、Gd³⁺、Ce³⁺掺杂浓度的增加,合成样品衍射峰稍有向小角度偏移。在350 nm激发下,与Lu_2.97Al_5O₁₂:1%Ce³⁺样品相比,共掺杂Gd³⁺后的样品在511 nm附近发射强度降低且出现明显红移,随着Gd³⁺浓度增加,Ce³⁺能级寿命逐渐减小,范围为35~60 ns。与掺杂1%Ce³⁺,1%Gd³⁺样品比较,分别共掺杂2%的Li⁺、Na⁺、K⁺和1%的Cs⁺后样品发光强度提高了5.1倍,2.93倍,1.79倍,1.28倍,同时样品中Ce³⁺寿命继续减小。分别在λ=254.0 nm和λ=365.0 nm紫外灯照射下,随着Gd³⁺掺杂浓度的增加,观察到合成样品从深黄绿色变化为暗红色,色坐标显示样品发光由黄绿光区逐渐移动到红光区域,且共掺杂碱金属离子后,粉体的发光更亮。