Dy3+对Tb3+激活硅酸盐氟氧闪烁玻璃发光性能的影响

采用高温熔融法制备了Dy3+或Tb3+单掺和Dy3+/Tb3+共掺硅酸盐氟氧闪烁玻璃。通过对傅里叶变换红外光谱、透射光谱、光致激发和发射光谱、X射线激发发射光谱及荧光衰减曲线的分析,研究Dy3+与Tb3+之间的能量传递关系以及Dy3+对Tb3+激活硅酸盐氟氧闪烁玻璃发光性能的影响。实验结果表明：Dy3+/Tb3+共掺硅酸盐氟氧闪烁玻璃具有较高的密度和良好的可见区透过率,玻璃的网络结构是由[SiO₄]四面体和[AlO₄]四面体连接构成。在紫外光激发时,Dy3+单掺玻璃的发光源于Dy3+的4F_9/2→6H_15/2(483 nm),6H_13/2(576 nm)的跃迁发射,而Tb3+单掺玻璃的发光则源于Tb3+的5D₄→7F₆(489 nm),7F₅(544 nm),7F₄(586 nm)和7F₆(623 nm)的跃迁发射。对于Dy3+/Tb3+共掺玻璃,发射光谱则主要由Tb3+的荧光发射组成。通过对不同波长紫外光激发的发射光谱分析发现,Dy3+/Tb3+共掺闪烁玻璃中存在多种形式的能量传递。在以Dy3+的特征激发452 nm为激发波长时,Tb3+单掺玻璃的发光很弱。但随着Dy3+的引入,通过4F_9/2(Dy3+)→5D₄(Tb3+)的能量传递,Tb3+发光得到敏化增强。Dy3+/Tb3+共掺玻璃的发光强度随着Dy₂O₃含量的增多而增强,Dy₂O₃含量为1 mol%时达到最大,更高Dy₂O₃含量的样品由于Dy3+的浓度猝灭,减少了向Tb3+的能量传递,发光强度减弱。当激发波长减小到350 nm时,Dy3+和Tb3+均被激发到更高的能级6P_7/2(Dy3+)和5L₉(Tb3+),此时除了4F_9/2(Dy3+)→5D₄(Tb3+)的能量传递外,还出现了5D₄(Tb3+)→4F_9/2(Dy3+)的能量回传。Dy3+掺杂浓度较低时,Dy3+→Tb3+能量传递作用较强,Tb3+发光得到敏化增强。随着Dy₂O₃含量的增多,Tb3+→Dy3+能量传递作用增强。当Dy₂O₃含量超过0.4 mol%时,Tb3+→Dy3+能量传递强于Dy3+→Tb3+能量传递,减少了Tb3+的辐射跃迁发光,因此Dy3+/Tb3+共掺玻璃的发光强度开始减弱。由于Gd3+向Dy3+或Tb3+均可进行有效的能量传递,因此在以Gd3+的特征激发274 nm为激发光时,Dy3+/Tb3+共掺玻璃中出现了Dy3+和Tb3+对Gd3+传递能量的竞争。随着Dy₂O₃含量的增多,Tb3+所获得的能量不断减少,同时伴随着Tb3+→Dy3+能量回传和Dy3+之间的无辐射交叉弛豫作用,Dy3+/Tb3+共掺玻璃的发光强度不断减弱。对Dy3+/Tb3+共掺闪烁玻璃中Tb3+的5D₄→7F₅荧光衰减曲线分析还发现,随着Dy₂O₃含量的增多,Tb3+的荧光寿命从2.24 ms缩短到1.15 ms,曲线从单指数形式变为双指数形式,进一步证明玻璃中存在5D₄(Tb3+)→4F_9/2(Dy3+)的能量回传。X射线激发发射光谱显示,Dy3+的引入对Tb3+激活闪烁玻璃的辐射发光具有很强的负面影响,而这种负面影响不足以通过Dy3+→Tb3+能量传递来弥补,因此Dy3+/Tb3+共掺玻璃的辐射发光强度随着Dy₂O₃含量的增多而不断减弱。由此可见,在Tb3+激活硅酸盐氟氧闪烁玻璃中,不宜将Dy3+作为敏化剂,用于增强Tb3+的发光。     

一种新型可协调绿色荧光材料BaAl2Si2O8∶Tb3+,Ce3+的发光性质与能量传递

采用高温固相法制备了BaAl2Si2O8∶Tb3+,Ce3+系列的荧光材料,讨论了Tb3+,Ce3+单掺及Tb3+,Ce3+共掺样品的光谱性质及发光机理,分析了Ce3+与Tb3+之间的能量传递过程.通过对样品进行XRD,荧光光谱,色坐标等测试.结果表明,Tb3+,Ce3+的掺杂没有改变BaAl2Si2O8晶体的结构.BaAl2Si2O8∶Tb3+发出明亮的绿光,发光峰分别位于487,545,583和621 nm对应于Tb3+的5D4→7FJ(J=6,5,4,3)特征发射.Ce3+的掺入没有改变BaAl2Si2O8∶Tb3+发射光谱的位置,但使其激发谱由窄带激发变成了宽带激发增加了谱带多样性,发光强度有了明显的增强,而且颜色也具有一定的协调性,使其在实际运用方面具有更大的灵活性.发光强度增强的原因不仅仅是因为Ce3+的敏化作用,还与Ce3+和Tb3+之间存在能量传递有密切关系.通过猝灭法计算了,Ce3+与Tb3+之间的能量传递的临界距离为15.345 nm,并且证明了能量传递是由偶极-偶极相互作用产生的.通过计算得到能量传递效率最高达到了76.04%.     

Dy3+含量对Eu2+,Dy3+共掺高硅氧发光玻璃发光性能的影响

通过控制Dy3+的掺杂浓度,制备出了不同浓度的Eu2+,Dy3+单掺和共掺高硅氧发光玻璃,测试其激发和发射光谱,讨论了Dy3+浓度对Eu2+,Dy3+共掺样品发光性质的影响。结果表明,Eu2+,Dy3+共掺高硅氧发光玻璃中存在Dy3+向Eu2+的无辐射能量传递现象,且Dy3+的引入会使高硅氧发光玻璃中Eu—O的共价作用减弱,造成Eu2+发射峰蓝移;随着Dy3+浓度的增加,Dy3+→Eu2+能量传递增强,Eu2+发光增强;Dy3+含量继续增加,则Dy3+发光出现浓度猝灭,且Dy3+→Eu2+能量传递减弱。     

Y2O3双掺杂Eu3+,Tb3+的光谱性能及能量传递过程

采用溶胶凝胶法制备不同配比的Y2O3∶Eu3+、Y2O3∶Tb3+和Y2O3∶Eu3+,Tb3+荧光粉.并通过XRD、SEM和激发、发射光谱对其结构和发光性能进行了研究,用能级图解释了激活剂之间的能量传递关系.结果表明,材料结晶良好,粒度分别为20、31nm和17nm左右,样品形貌类似片状结构.(Y110Eu)2kO3和(Y110Tb)2kO3配比时相对发光强度最高.而共掺杂时,存在着强烈的Eu3+向Tb3+的能量转移,导致红色发光强度的降低而敏化了绿光和蓝光的发射.分析可知,除了激活剂的含量对发光性能有强烈的影响之外,不同的激发波长对体系混合光的形成有很大的影响.当在305nm的激发波长下,可以得到红绿蓝混合光,实现了通过一种荧光粉的激发,发射出近白色的光.为改变灯用三基色荧光粉的组成并降低成本奠定了有利的实验基础.     

SrAl_2B_2O_7:Dy~(3+)材料的制备及其发光性能

采用高温固相法制备了SrAl2B2O7:Dy3+发光材料.在350nm紫外光激发下,测得SrAl2B2O7:Dy3+材料的发射光谱为一个多峰宽谱,主峰分别为480,573和678nm;分别和Dy3+的4F9/2→6H15/2,4F9/2→6H13/2,4F9/2→6H11/2的跃迁发射相对应;监测573nm的发射峰,得到材料的激发光谱为一个多峰宽谱,主峰分别为295,325,350,365,400nm.研究了Dy3+掺杂浓度对SrAl2B2O7:Dy3+材料发射光谱的影响,随着Dy3+掺杂浓度的增大,SrAl2B2O7:Dy3+材料的Iy/Ib逐渐增大,根据Judd-Ofelt理论解释了其原因.随着Dy3+掺杂浓度的增大,Dy3+的4F9/2→6H13/2跃迁产生的573nm发射峰强度先增大,在4%时达到最大值,之后减小,其自身的浓度猝灭机理为电偶极-电偶极相互作用.不同的电荷补偿剂Li+,Na+,K+的引入均使发光强度得到提高,尤其以Li+最佳,发光强度提高了大约33%.     

硼酸盐玻璃中某些稀土离子的浓度效应及其能量传递过程

本文系统地报道了硼酸盐玻璃中Ce3+、Sm33+、Eu3+、Ga3+、Tb3+、Dy3+浓度效应,观察到Eu3+、Gd3+、Tb3+在硼酸盐玻璃中随浓度增加其发光强度增强,而Ce3+、Sm3+、Dy3+当其浓度增加到一定数值后,发光强度反而减弱,初步探讨了不同浓度效应的原因.本文还观察到硼玻璃中某些稀土离子对Eu3+、Tb3+离子发光的敏化作用,及讨论了Gd3+和Eu3+、Tb3+之间的能量传递过程,计算其能量传递的效率和几率.估计了能量传递的规律机理.     

共掺杂痕量Tb3+的Y2O2S:RE3+(Eu3+、Sm3+、Dy3+等)磷光体中Tb3+对RE3+能量传递的机理

共掺杂痕量的Tb3+,能使Y2O2S:RE3+ (RE3+=Eu3+、Sm3+、Dy3+等)磷光体的阴极射线和254nm紫外光激发下发光效率明显增强,此类增强的特点是:Tb3+浓度低(几十ppm),增强倍数高(1—6倍)和被敏化离子种类多。对一定浓度的痕量Tb3+,Sm3+和Dy3+浓度在10-5—10-2范围内,增强倍数为常数,而Eu3+随着浓度的增加、增强倍数逐渐减小,这表明Tb3+→RE3+不是共振能量传递。从激发光谱和Tb3+各条谱线强度变化的比例可判断能量传递不是光的再吸收。根据阴极射线激发后的热释光曲线以及增强倍数与温度(室温到液氮温度)关系实验,提出了能量传递模型。认为是Tb3+加入后形成等电子陷阱。它对空穴有大的俘获截面,并可以束缚一个激子。Tb3+→RE3+不是空穴类型的能量传递,而是在热扰动下束缚激子变为自由激子后引起的激子能量传递。     

LaPO_4∶Ce~(3+)/Tb~(3+)纳米线的合成和发光特性

通过水热法合成出Ce3+和Tb3+共激活的LaPO4纳米线,并同相应的微米棒进行了比较。研究了其荧光光谱和动力学过程。结果表明纳米线和微米棒的晶体结构均为单斜相。在单掺杂Ce3+和Tb3+的材料中,微米棒的发光强度与纳米线相比稍有提高,但在共掺杂的纳米线样品中对应Ce3+的激发,Tb3+的5D4→7F5绿光发射比微米棒提高了3～5倍。通过动力学研究,纳米线中Ce3+和Tb3+的电子跃迁速率与微米棒对比没有显著的提高,且Ce3+→Tb3+的能量传递速率降低了3倍。Tb3+的5D3能级衰减包括两个过程:快过程和慢过程。纳米线以慢过程为主,而微米棒以快过程为主。我们认为慢过程对应5D3→5D4的弛豫,快过程对应5D3向其他缺陷能级的跃迁。因此共掺杂纳米线中强度的提高被归因于在纳米线中更多的边界阻碍而引起在高于5D4的激发态能级上损失的能量更少。     

Tb3+∶YAG单晶荧光层中掺杂Ga3+的荧光敏化作用

采用液相外延工艺成功制备了Tb3 + ∶YAGG单晶荧光层 ,研究了Tb3 + 激活YAG主晶格外延层中Ga3 + 掺杂的荧光敏化效应 ,可以看到在Tb3 + 荧光得到显著增强的同时 ,外延荧光层发光的饱和特性也有所改善。实验中观察到了Ga3 + 掺杂后基质晶体吸收边缘向长波方向展宽 ,并与Tb3 + 的7F6 9E、7E典型吸收峰发生交叠的现象 ,用基质与Tb3 + 之间的声子耦合解释了上述Tb3 + ∶YAGG外延层中所存在的能量传递、荧光敏化现象。基质与掺杂激活中心间能量传递机制的建立将会为基于YAG主晶格的高效荧光材料研究提供一个新的思路。     

Na_4Ca_4Al_6Si_9O_(24)∶Ce~(3+),Tb~(3+)荧光粉合成及其能量传递研究（英文）

天然方柱石是一种典型的硅酸盐类的发光矿石,针对天然高发光效率方柱石的生成条件及化学成份,采用高温固相法在1 100℃弱还原气氛下合成了Na4Ca4Al6Si9O24(方柱石),并合成了一系列掺杂Ce3+,Tb3+的荧光粉,对其晶体结构做了讨论。通过分别对单掺Ce3+,Tb3+和共掺Ce3+,Tb3+样品发光性质的研究,发现共掺杂的样品其在545nm处由于Tb3+的5 D+4→7 F5跃迁发光强度远远大于单掺Tb3的样品。最后通过掺杂不同浓度Ce3+样品发光性质的研究,以及其荧光寿命和能量传递机理分析,结果表明随着Ce3+掺杂浓度的变化,样品的Tb3+的5 D7 4→F5跃迁(545nm)发光强度及寿命也随着变化,并发现Ce3+对Tb3+存在能量传递,且当Ce3+和Tb3+的质比为0.02∶0.03时能量传递效率最高。通过色坐标的测量,发现随着Ce3+浓度的改变,样品的发光可在绿色区域进行调节。因此,认为Na4Ca4Al6Si9O24∶Ce3+,Tb3+荧光粉有望成为新型白光LED荧光粉。     

Dy~(3+)和Tb~(3+)掺杂镓硼锗硅酸盐玻璃发光性能

采用高温熔融法分别制备了高含量Tb~(3+)单掺和Dy~(3+)/Tb~(3+)共掺的镓硼锗硅酸盐(GBSG)发光玻璃,并分析了其光谱性能。根据Dy~(3+)和Tb~(3+)掺杂的镓硼锗硅酸盐(GBSG)玻璃的激发和发射光谱、荧光寿命衰减曲线等特性,探讨了Dy~(3+)与Tb~(3+)之间的能量传递关系。结果表明:玻璃的发光强度和荧光寿命随着Tb~(3+)、Dy~(3+)含量的增加而减少。与相同摩尔浓度的单掺玻璃相比,共掺玻璃发光强度的衰减速率先减慢而后加快。Tb~(3+)、Dy~(3+)离子之间的能量传递方式为无辐射共振能量传递和~4F_(9/2)+~7F_6→~6H_(15/2)+~5D_4交叉弛豫效应。     

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。     

高掺杂Ce3+,Tb3+在正硼酸盐中的发光特性及能量传递

本文利用纳秒技术和一般光谱学技术系统地研究了Ce3+,Tb3+离子在LnBO3(Ln=La,Gd和Y)中的发光特性和能量传递机制.发现在La1-xCexBO3中Ce3+离子的浓度在0.1mol以上才出现明显的浓度猝灭.故对敏化剂Ce3+可以高浓度掺杂.本文对高掺杂下材料的发光特性,Ce3+到Tb3+能量传递的规律和机制进行了系统研究.给出了在正硼酸盐中绿色发光材料的最佳配比.     

Ce~(3+)和Tb~(3+)掺杂钆-钡-硅酸盐闪烁玻璃的发光性能

采用高温熔融法制备Ce~(3+)或Tb~(3+)单掺和Ce~(3+)/Tb~(3+)共掺钆-钡-硅酸盐闪烁玻璃。通过透射光谱、光致激发和发射光谱、X射线激发发射光谱及荧光衰减曲线等手段对其发光性能进行研究。实验结果表明:在紫外光的激发下,Tb~(3+)掺杂闪烁玻璃发出明亮的绿光(544 nm),而Ce~(3+)掺杂闪烁玻璃发出蓝紫光。对于Ce~(3+)/Tb~(3+)共掺闪烁玻璃,在紫外光和X射线激发下均观察到Ce~(3+)离子敏化Tb~(3+)离子发光的现象,这是由于存在Ce~(3+)→Tb~(3+)的能量转移。Ce~(3+)/Tb~(3+)共掺闪烁玻璃的最佳Ce2O3掺杂摩尔分数为0.2%,此时Ce~(3+)离子向Tb~(3+)离子的能量传递效率为45.7%。在X射线激发下,Ce_2O_3摩尔分数为0.2%的Ce~(3+)/Tb~(3+)共掺闪烁玻璃在544 nm处的发光强度是Bi_4Ge_3O_(12)(BGO)闪烁晶体在500 nm处发光强度的4.2倍,积分闪烁效率达到BGO晶体的55.6%,这有利于在高分辨率医学成像中降低辐射剂量。     

Li~+对Tb~(3+)掺杂硅酸盐玻璃闪烁性能的影响

利用高温熔融法制备了Li+掺杂Tb3+激活硅酸盐闪烁玻璃。通过Li+掺杂Tb3+激活硅酸盐玻璃的紫外可见透射光谱、发射光谱和发光衰减时间谱,研究了Li+的加入对Tb3+掺杂硅酸盐玻璃发光性能的影响。结果表明:适量Li+的加入可有效增强Tb3+激活硅酸盐玻璃的发光强度,且相比于不掺杂Li+的Tb3+掺杂硅酸盐玻璃而言,当掺入质量分数为2.0%的Li+时,Tb3+在玻璃中的最佳掺杂质量分数由12.8%提高至15.3%。其原因是Li+掺杂增加了玻璃体系中非桥氧的数量,从而有利于改善Tb3+在玻璃体中的均匀性,降低Tb3+间因非辐射跃迁而引起的能量损失,以及提高Tb3+的最佳掺杂质量分数。但当掺入Li+的质量分数超过2.0%时,会对Tb3+激活硅酸盐玻璃的闪烁光强产生负面影响,这是因为过多的非桥氧阻碍了X射线激发能达到Tb3+离子的能量传递。     

铝对掺铽硅基玻璃发光强度的影响

本文通过溶胶－凝胶方法法制备了掺Ｔｂ＾３＋和Ａｌ＾３＋的硅基玻璃,并研究了Ａｌ＾３＋对Ｔｂ＾３＋发光性能的影响,结果显示Ａｌ＾３＋对Ｔｂ＾３＋的发射峰的位置没有明显影响,但通过溶胶－凝胶方法掺Ａｌ＾３＋后,所有样品中Ｔｂ＾３＋的发光强度都明显增加,掺８％－１０％的Ａｌ＾３＋的Ｔｂ－硅基玻璃中Ｔｂ＾３＋的发光强度是不掺Ａｌ＾３＋的Ｔｂ－硅基玻璃中的５倍,我们推测Ｔｂ＾３＋和Ａｌ＾３＋能级之间的关系对于能量传递是比较合适的,Ａｌ＾３＋的作用是更有效地吸收能量并完全地转移给Ｔｂ＾３＋。     

双掺(Tm3+,Tb3+)LiYF4激光器1.5 μm波长激光阈值分析

由速率方程推出了双掺（Tm^3 ,Tb^3 ）离子准四能级系统的激光阈值解析式，讨论了Tm^3 和Tb^3 离子之间的相互作用。分析了1.5μm波长附近的激光阈值和Tm^3 、Tb^3 离子的掺杂原子数分数及晶体长度的关系。结果表明，对于对应Tm^3 离子^3H4→^3F4跃迁的约1.5μm波长的激光，激活离子Tm^3 的掺杂原子数分数过大时，交叉弛豫作用将使系统阈值迅速增加。Tb^3 离子的加入，一方面能抽空激光下能级，起到降低阈值的作用；另一方面亦减少了激光上能级的寿命，使阈值升高。故Tb^3 离子有最佳掺杂原子数分数。对于Tm原子数分数为y=0.01的Tm:LiYF4晶体，Tb^3 离子的最佳掺杂原子数分数为0.002左右，同时表明，激光阈值与晶体长度有关。最佳晶体长度与Tm^3 、Tb^3 离子的掺杂原子数分数以及晶体的衍射损耗和吸收损耗有关。