溶胶凝胶燃烧合成法制备Y_2O_3∶RE(RE=Er或Er/Yb)上转换发光材料

采用溶胶凝胶燃烧合成法制备了稀土掺杂Y2O3粉体,考察了煅烧温度、Er3+浓度和Yb3+浓度对粉体发光性能的影响。研究结果表明,在800℃的温度下可以得到结晶良好的单相Y2O3粉体;随着煅烧温度的升高,样品结晶度越高,其上转换发光强度变强;在900℃的煅烧温度下,样品的粒径大约为lμm左右,颗粒尺寸分布较均匀;当Er3+掺杂浓度达到1mol%时,绿光发射强度达到最大值,而对于红光发射,其发射强度的最大值出现在4mol%的掺杂浓度;当Yb3+与Er3+掺杂比例达到4:1时,绿光发射强度达到最大值,而红光发射强度随着Yb3+浓度的增加一直增强。     

氧化物纳米材料Y2O3:(Yb3+,Er3+)上转换发光性质的研究

以Y2O3,Yb2O3,Er2O3为原料,利用燃烧法分别制备了Y2O3:Er3 和Y2O3:(Yb3 ,Er3 )两种纳米材料和相应的体材料Y2O3:(Yb3 ,Er3 ).用发射波长为978 nm的半导体激光器和日立F-4500荧光分析仪测量了它们的上转换发光,得到纳米材料Y2O3:Er3 的上转换发光主要为绿色上转换发射而纳米材料Y2O3:(Yb3 ,Er3 )主要为红色上转换发射,而后者与激活离子掺杂浓度相同的体材料Y2O3:(Yb3 ,Er3 )的上转换发射相比较,体材料以绿色上转换发射为主、红色上转换发射很弱.     

氧化钇（铒,镱）的合成及上转换发光

采用均相沉淀,马弗炉煅烧的方法,合成了一系列Y2O3∶Er3＋,Yb3＋上转换发光材料.该类材料在波长为980 nm半导体激光器激发下发射出中心波长为564nm的绿色和662nm的红色上转换荧光,分别对应于Er3＋离子的4S3/2/2H11/2→4I15/2和4F9/2→4I15/2跃迁.探讨了不同合成条件对其上转换发光强度和波长的影响,发现沉淀时的pH值,煅烧温度和沉淀中Er3＋、Yb3＋的相对浓度对其发光有显著影响.     

纳米晶ZrO2:Er3+-Yb3+的制备及其室温上转换发射

用化学共沉淀法制备了ZrO2:Er3+-Yb3+纳米晶粉体,所制备的纳米晶粉体具有较强的室温上转换发射和红外发射.研究了样品的晶体结构和上转换发光性质随着Yb3+掺杂浓度和煅烧温度的变化关系.通过X射线衍射谱分析发现,经800 ℃煅烧2 h后得到的ZrO2:Er3+-Yb3+纳米晶是四方相和单斜相的混合结构,经950 ℃煅烧2 h后得到的样品以单斜相为主,随着Yb3+浓度的增加四方相增多.对800 ℃煅烧下Er3+, Yb3+共掺的样品,随着Yb3+浓度的增加,绿光和红光上转换发射强度都增大,但是红光上转换发射谱发射强度的增长幅度明显要强于绿光上转换发射谱发射强度的增长幅度.对样品上转换发射谱的分析发现,上转换红光、绿光的发射都是双光子过程.     

Er~(3 )∶Y_2O_3透明陶瓷制备及发光性质研究

以Y2O3为基质材料,掺杂不同含量的Er3 ,采用共沉淀法制备出性能良好的Er3 ∶Y2O3纳米粉,并将粉体在1700℃和真空度为1×10-3Pa下烧结8h得到Er3 ∶Y2O3透明陶瓷。用X射线衍射仪(D/MAX-RB)、透射电子显微镜(EM420)、自动记录分光光度计(DMR-22)、荧光分析仪(F-4500)和发射波长为980nm的半导体激光器分别对样品的结构、形貌和发光性能进行了研究。结果表明:Er3 完全固溶于Y2O3的立方晶格中,Er3 ∶Y2O3粉体大小均匀,近似球形,尺寸约40～60nm左右。Er3 ∶Y2O3透明陶瓷相对密度为99.8%,在长波长范围内其透光率超过60%,在波长为980nm的激光下有两个上转换发光带,其中绿色发光中心波长位于562nm,红色发光中心波长位于660nm,分别对应4S3/2/2H11/2→4I15/2和4F9/2→4I15/2的跃迁;随着铒浓度的提高颜色从绿色向红色转变,Er3 的掺杂浓度不宜超过2%,超过这个范围,对材料发光强度的增强作用反而很小。     

Er^3＋：Y2O3透明陶瓷制备及发光性质研究

以Y2O3为基质材料,掺杂不同含量的Er3 ,采用共沉淀法制备出性能良好的Er3 :Y2O3纳米粉,并将粉体在1 700℃和真空度为1×10-3Pa下烧结8 h得到Er3 :Y2O3透明陶瓷.用X射线衍射仪(D/MAX-RB)、透射电子显微镜(EM420)、自动记录分光光度计(DMR-22)、荧光分析仪(F-4500)和发射波长为980 nm的半导体激光器分别对样品的结构、形貌和发光性能进行了研究.结果表明:Er3 完全固溶于Y2O3的立方晶格中,Er3 :Y2O3粉体大小均匀,近似球形,尺寸约40～60 nm左右.Er3 :Y2O3透明陶瓷相对密度为99.8%,在长波长范围内其透光率超过60%,在波长为980 nm的激光下有两个上转换发光带,其中绿色发光中心波长位于562 nm,红色发光中心波长位于660 nm,分别对应4S3/2/2H11/2→4I15/2和4F9/2→4I15/2的跃迁;随着铒浓度的提高颜色从绿色向红色转变,Er3 的掺杂浓度不宜超过2%,超过这个范围,对材料发光强度的增强作用反而很小.     

Er~(3+)及Er~(3+)/Yb~(3+)掺杂ZrO_2-Al_2O_3的制备及发光性质

采用共沉淀法制备了纳米晶ZrO2-Al2O3∶Er3+发光粉体.所制备的粉体室温下具有Er3+离子特征荧光发射,主发射在绿光,其中位于547nm、560nm的绿光最强,并得出稀土离子与基质之间有能量传递.对不同煅烧温度下的样品研究表明:因不同温度下所制得的样品晶相不同.研究了纳米晶ZrO2-Al2O3∶Er3+及ZrO2-Al2O3∶Er3+/Yb3+的上转换发光,并分析了上转换的跃迁机制.发现ZrO2-Al2O3∶Er3+的绿光为双光子过程,而ZrO2-Al2O3∶Er3+、Yb3+的上转换光谱中,红光和绿光也为双光子过程,而极弱的蓝光为三光子过程.讨论了Er3+的浓度猝灭现象.最适宜掺杂浓度的原子分数为2%(Er3+/Zr4+).     

SiO2包覆Y2O3:Er3+纳米粉的制备及发光性能

用微乳液法合成出SiO2包覆的Er3+掺杂的Y2O3粉体.X射线衍射结果表明,所制备粉体为立方Y2O3结构.透射电镜照片显示,其颗粒形状近似为球形,粒径为20～50 nm.该粉体在波长为980 nm的半导体激光器激发下发射出中心波长为562 nm的绿色和660 nm的红色上转换荧光,分别对应于Er3+离子的4S3/2/2H11/2→4I15/2跃迁和4F9/2→4I15/2跃迁,发光强度和激发功率的关系揭示其均为双光子过程.Er3+掺杂的Y2O3粉体具有高效的上转换发光性能,而经过纳米复合后制成的Y2O3(核)/SiO2(壳)在水溶液中具有较好的悬浮性,这对于其在生物荧光标记的应用具有重要意义.     

Yb^3+含量对掺Er^3+铝酸盐玻璃光谱性质的影响

采用高温熔融法制备百分比为(100-x)(23.6Al2O3-53CaO-7.7BaO-2.1Na2O-10.3Ga2O3-3.1B2O-0.2Er2O3)-xYb2O3(x=0,0.9,1.9,2.8,3.6,4.5)的铝酸盐玻璃。应用差示扫描量热法、吸收光谱、荧光光谱、红外光谱以及拉曼光谱等检测手段,系统研究了不同Yb^3+离子引入量对玻璃的物性、热稳定性、Er^3+离子光谱性质和结构的影响。结果表明,Yb2O3含量越高,玻璃的密度和折射率越大,抗析晶能力有所增强。随着Yb2O3的增加,玻璃在976 nm吸收系数增大,对应于Er^3+离子的2H11/2→4I15/2、4S3/2→4I15/2以及4F9/2→4I15/2跃迁的527,549,666 nm的上转换发光、红光与绿光发光强度比以及对应于4I13/2→4I15/2的1.53μm近红外荧光强度明显增加。当Yb2O3浓度为3.6%时,铝酸盐玻璃样品在近红外1.53μm荧光最强,此时Yb^3+→Er^3+正向能量传递效率η1最大,约为82.9%。该系列铝酸盐玻璃中Er3+离子1.53μm最大发射截面为0.77×10^-20 cm^2,荧光半高宽最大值为39.4 nm,荧光寿命最大值为4.46 ms。     

Yb掺杂对Er/Yb共掺Al2O3薄膜光致荧光性能的影响

采用反应射频磁控溅射技术,通过调整溅射靶面上金属Er和Yb的面积比例制备出了不同Yb含量的Er／Yb共掺Al2O3薄膜,重点探讨了薄膜制备过程中Er、Yb成分比例控制的可靠性及Yb的掺杂浓度对Er／Yb共掺Al2O3薄膜室温光致荧光谱强度及峰型的影响。利用卢瑟福背散射谱(RBS)和电子能谱(EDX)对薄膜成分进行的分析表明：薄膜中Er、Yb成分的比例与实际的Er、Yb靶面积比基本一致。薄膜经过1000℃退火2h的室温光致发光谱表明：Yb掺杂显著提高了薄膜的光致荧光强度,当Yb／Er靶面积比为4：1时,光致荧光强度和半峰全宽最大。研究结果表明：对于Al2O3薄膜,合适的Yb／Er浓度,不仅可以显著改善薄膜的发光效率,而且可以增加频带带宽。     

高浓度Er/Yb共掺ZnO薄膜的结构及室温光致发光特性

采用射频磁控溅射方法制备了Er/Yb共掺ZnO薄膜,研究了退火处理对高浓度Er/Yb共掺ZnO薄膜的结构演化和光致发光(PL)特性的影响。X射线衍射分析结果表明:Er/Yb掺杂导致ZnO薄膜的晶粒细化及择优取向性消失,ZnO晶粒随退火温度的增加而逐渐长大。900℃退火时,出现Er3 、Yb3 偏析,退火温度高于1000℃时,薄膜与基体间发生了界面反应,1200℃时,ZnO完全转变为Zn2SiO4相。光致发光测量结果表明:高于900℃退火处理后,Er/Yb共掺ZnO薄膜在1540 nm附近具有明显的光致发光,发光强度在退火温度为1050℃时达到最大值;光致发光光谱呈现典型的晶体基质中Er3 离子发光光谱所具有的明锐多峰结构特征。此外,探讨了薄膜结构演化及其对光致发光光谱的影响。     

980 nm LD泵浦Er3+/Yb3+共掺Y2O3纳米粉所致热效应的研究

利用溶胶—凝胶方法制备了Er3+和Yb3+共掺杂的Y₂O₃纳米荧光粉。采用Er3+的2H_11/2→4I_15/2和4S_3/2→4I_15/2绿色上转换荧光强度比的方法,研究了由980 nm二极管激光器泵浦所导致的荧光粉样品表面温升现象。结果表明,随着泵浦功率的增加,样品表面温度大幅度上升, 当功率达到1 000 mW时,样品表面的温度达到820 K。该现象对分析稀土离子上转换过程中所出现的功率饱和现象起着重要的作用,并且在高温传感材料、医学生物细胞烧孔方面有着广阔应用前景。     

Highly Bright and Photostable Li(Gd,Y)F4:Yb,Er/LiGdF4 Core/Shell Upconversion Nanophosphors for Bioimaging Applications

Intense green‐emitting Li(Gd,Y)F₄:Yb,Er/LiGdF₄ core/shell (C/S) upconversion nanophosphors (UCNPs) with a tetragonal bipyramidal morphology are synthesized. The morphology and UC luminescence of the Li(Gd,Y)F₄:Yb,Er UCNPs are significantly affected by the Li precursors, and bright UC green‐emitting Li(Gd,Y)F₄:Yb,Er UCNPs with a tetragonal bipyramidal shape, i.e., UC tetragonal bipyramids (UCTBs), are synthesized using LiOH·H₂O as a Li precursor. A LiGdF₄ shell is grown on the Li(Gd,Y)F₄:Yb,Er UCTBs, and the C/S UCNPs exhibit 4.7 times higher luminescence intensity than core UCTBs. The C/S UCNPs show a high absolute UC quantum yield of 4.6% under excitation with 980 nm near infrared (NIR) light, and the UC luminescence from the C/S UCNPs is stable under continuous irradiation with the 980 nm NIR laser for 1 h. The hydrophobic surfaces of the as‐synthesized C/S UCNPs are modified to hydrophilic surfaces by using poly(acrylic acid) (PAA) for bioimaging applications. They are applied to human cervical adenocarcinoma (HeLa) cell imaging and SK‐MEL‐2 melanoma cell imaging and in vivo imaging, including subcutaneous and intramuscular imaging, and UC luminescence images with high signal‐to‐noise ratio are obtained. Furthermore, sentinel‐lymph‐node imaging is successfully conducted with the PAA‐capped Li(Gd,Y)F₄:Yb,Er/LiGdF₄ C/S UCNPs under illumination with NIR light.     

Yb^3＋/Er^3＋掺杂氟氧化物微晶玻璃的制备与发光性能

采用高温熔融法制备了Yb3＋/Er3＋掺杂的氟氧化物发光微晶玻璃,确定了最佳熔化温度（1 100℃）和退火温度（440℃,480℃）。测定得到基质玻璃的透过率为85%,掺入稀土后,透过率有所下降,并出现了稀土离子的特征吸收峰。980 nm半导体激光器（LD）激发下样品的上转换发射光谱存在4个明显的发射峰,分别为410,532,546和656 nm,对应于2H9/2→4I15/2,2H11/2→4I15/2,4S3/2→4I15/2和4F9/2→4I15/2跃迁。研究了不同Yb3＋/Er3＋（摩尔分数）和Er3＋浓度对上转换发光强度的影响,当Yb3＋∶Er3＋=4∶1、Er3＋摩尔分数为1.5%时,上转换发光强度达到最高。根据发光强度与泵浦功率之间的关系,确定了上转换发射均为双光子过程。讨论了Yb3＋,Er3＋离子间的能量传递,建立了上转换发光机制。     

Spectra and lasing properties of Er~(3+),Yb~(3+):phosphate glasses

The effects of Al_2O_3, Yb_2O_3, Er_2O_3 and OH~- on spectral properties of P_2O_5.Na_2O.SrO.Al_2O_3.Yb_2O_3.Er_2O_3 erbium phosphate glass were studied. 5, 8, and 13 mol% Al_2O_3, 4, 5, 6, 7 and 8 mol% Yb_2O_3 and0.05, 0.2, and 0.4 mol% Er_2O_3 were used. It was found that Al_2O_3 can improve fluorescent lifetime ofEr~(3+)ions, but the integrated absorption cross section of Er~(3+)ions decreases with the increase of Al_2O_3concentration. Evaluating from energy transfer efficiency of Yb~(3+)to Er~(3+)and spectral parameters ofYb~(3+)and Er~(3+),we conclude that 6 mol% Yb_2O_3 and 0.4 mol% Er_2O_3 are needed for LD pumped     

Yb3+掺杂浓度对Er3+/Yb3+共掺SiO2-Al2O3-La2O3玻璃光谱性质的影响

测量了不同Yb3+ 离子掺杂浓度下 ,Er3+ /Yb3+ 共掺SiO2 Al2 O3 La2O3玻璃的吸收光谱、荧光光谱和Yb3+离子2 F5/ 2 的能级寿命 ,应用迈克康伯 (McCumber)理论计算了Er3+ 的受激发射截面σemi,讨论了Yb3+ 离子浓度对其自身吸收性质、Er3+ 离子发光性质 ,以及Yb3+ →Er3+ 能量传递效率 (η)的影响 ,初步探明该基质玻璃中Yb3+ 离子掺杂数浓度的最佳范围为 3 .94× 1 0 2 0 cm- 3至 5 .92× 1 0 2 0 cm- 3,在此掺杂范围内 ,Yb3+ 离子的最大吸收系数为9.8cm- 1 ,Er3+ 的峰值发射截面和Yb3+ →Er3+ 能量传递效率 (η)分别为 0 64× 1 0 - 2 4 m2 和 92 %。     

六方相LaOF∶Er,Yb的上转换发光及温度传感特性

氟氧化物兼有氧化物优异的稳定性和氟化物的低声子能量,是上转换发光材料的一种热点基质材料,因而研究六方相LaOF∶Er,Yb的上转换发光性能及其温度特性具有重要意义。本文采用水热法制备了六方相LaOF∶Er,Yb荧光材料,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和荧光光谱对其结构和上转换荧光性能进行表征。实验结果表明,水热法120℃得到六方相LaF3,经800℃和1000℃退火后分别形成四方相LaOF和六方相LaOF。980 nm激发下,六方相LaOF∶Er,Yb中Yb3+与Er3+存在能量传递,通过双光子吸收产生绿光和红光的上转换荧光,并且Yb3+与Er3+的最佳浓度分别为3%和1%。最后研究了六方相LaOF∶Er,Yb在温度传感方面的应用,其在150~400 K温度范围的相对灵敏度和绝对灵敏度分别为0.037 K-1和0.0043 K-1。该材料具有优异的温度传感特性,对荧光温度传感器件的设计和应用具有指导意义。