铈掺杂高钆镥氧化物玻璃制备和光谱性能

实验中采用高温熔融法制备了一系列高钆镥硼硅酸盐新型玻璃体系样品,研究了这种新型玻璃体系的玻璃形成区,测量了样品的玻璃稳定性和密度。结果表明,玻璃体系的玻璃形成区较广,玻璃稳定性良好（析晶温度与转变温度的差为262 ℃）,且玻璃样品的密度达到5 g/cm3。以此种玻璃体系作为基质掺入Ce3+离子,测量其透过光谱、激发光谱、发射光谱、X射线激发发射光谱以及Gd3+离子的衰减时间。结果表明,玻璃的透过性能适合Ce3+离子的掺杂,并且Gd2O3和Lu2O3对闪烁体发光都具有积极的影响,同时研究了Gd3+离子和Ce3+离子的能量传递机理及最佳能量传递掺杂摩尔比。从玻璃的物理性能和光谱性能考虑,这种闪烁玻璃系统具有广泛应用于高能物理材料中的一定潜力。     

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.     

Ce~(3+)掺杂Gd_2O_3基闪烁玻璃的研究

实验用高温熔融法制备了Ce3+掺杂Gd2O3基闪烁玻璃样品,Gd2O3含量高达40mol%,测试了不同Ce3+掺杂浓度与Gd2O3基含量玻璃样品的密度、透过、发射、激发光谱及部分闪烁性能。研究了不同Ce3+掺杂浓度与Gd2O3基含量对玻璃样品密度及光谱性能的影响规律。结果表明:Gd2O3含量的增加不仅提高了玻璃的密度,有利于提高玻璃的辐射性能,还增大了玻璃的光碱度,增大Stokes位移,有利于提高闪烁光的发光效率;Ce3+浓度的提高增大了Ce3+间碰撞的几率,产生能量损失,表现出浓度淬灭效应。在Gd2O3基闪烁玻璃中,随Gd2O3含量增加激发峰的红移较小,高Gd2O3含量的氧化物玻璃中存在Gd3+→Ce3+能量转移机制,Gd3+离子可有效地向Ce3+离子传递能量,敏化Ce3+离子的发光。玻璃样品的衰减时间在17-37ns之间。Ce3+掺杂Gd2O3基闪烁玻璃有望在高能物理等领域中获得应用。     

阳离子取代对Lu_3Ga_5O_(12)∶Tb~(3+)晶体结构与发光性能的影响

采用高温固相法制备了Lu3Ga5O12:Tb3+体系荧光粉,研究了Y3+、Gd3+和Al3+离子分别取代Lu3+和Ga3+离子后对荧光粉晶体结构和发光性能的影响。结果表明,Lu3Ga5O12∶Tb3+具有石榴石结构,激发光谱由A、B两个宽激发带及一些窄谱峰构成,分别归属于Tb3+的4f8→4f75d1和4f8→4f8的电子跃迁。紫外激发下的发射光谱对应于Tb3+5D4→7FJ和5D3→7FJ跃迁。对于(Lu,Y)3Ga5O12∶Tb3+体系,随着Y3+浓度的增加,晶格膨胀,A、B宽带红移,带间距缩小,激发与发射强度提高。对于(Lu,Gd)3Ga5O12∶Tb3+体系,当Gd3+浓度低于0.75时,随着Gd3+浓度的增加,荧光粉性能变化与引入Y3+时情况相似,并更为显著;实验中观察到Gd3+→Tb3+能量传递现象。对于Lu3(Ga,Al)5O12∶Tb3+体系,随着Al3+含量的增加,晶格收缩,A、B宽带红移,带间距扩大,激发与发射强度提高。阳离子的半径差异及其引起的Tb3+晶场环境的变化是影响荧光粉性能的主要原因。     

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。     

Dy~(3+)-Tb~(3+)掺杂氟氧碲酸盐玻璃的光谱性能研究

实验采用高温熔融法制备了一系列Dy3+离子、Tb3+离子单掺或共掺氟氧碲酸盐玻璃样品.测试了不同摩尔含量的Dy3+离子和Tb3+离子的氟氧碲酸盐玻璃样品的密度,分析了紫外-可见透射光谱、激发光谱、发射光谱、发光衰减曲线,研究了不同摩尔含量的Dy3+离子和Tb3+离子的氟氧碲酸盐玻璃样品光谱性能及Dy3+离子到Tb3+离子能量传递机理.结果表明:Dy3+离子、Tb3+离子单掺或共掺氟氧碲酸盐玻璃样品的密度均大于5g·cm-3,最大可达6.09g·cm-3;Dy3+离子可以敏化Tb3+离子,促进其发光,但当Dy3+离子超过一定浓度后,会发生离子间浓度猝灭效应,Tb3+离子的发光反而降低.试验测得,Dy3+离子的最佳掺杂浓度为1.0mol%,此时,Tb3+离子掺杂浓度为6.0mol%,Tb3+离子发光效果最强.依据Dexter能量传输理论,并对Dy3+离子和Tb3+离子的能级图及能级间的跃迁进行分析,可知Dy3+离子和Tb3+离子间的能量传递方式为非辐射共振传递.     

Eu^3+激活氟氧硼酸锗酸盐闪烁玻璃的发光性能

采用传统高温熔融法合成了玻璃组成为B2O3-GeO2-15GdF3-(40-x)Gd2O3-xEu2O3(0≤x≤10)的Eu^3+激活氟氧硼酸锗酸盐闪烁玻璃。在硼锗酸盐玻璃基质中,Gd2O3和GdF3稀土试剂的总含量高达55%,从而确保其密度高于6.4 g/cm^3。闪烁玻璃的光学性能通过光学透过光谱、光致发光光谱、X射线激发发射(XEL)光谱和荧光衰减曲线来表征。玻璃中Gd^3+→Eu^3+离子的能量传递通过激发光谱、发射光谱和Gd^3+-Eu^3+离子间距得到证明,同时也确定了在紫外线和X射线激发下Eu^3+激活氟氧硼酸锗酸盐闪烁玻璃的最佳浓度。Judd-Ofelt理论分析了玻璃中Eu―O键的共价性随Eu^3+掺杂浓度增加而显著增强。Eu^3+激活氟氧硼酸锗酸盐闪烁玻璃在80~470 K温度范围内荧光衰减曲线和发射光谱的温度依赖关系最终证实了其具有较好的发光稳定性。     

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.     

Si基CeO2/Tb4O7超晶格薄膜发光特性的研究

利用电子束蒸发技术在P型硅衬底上沉积了CeO2 /Tb4 O7超品格样品,将样品置于弱还原气氛中高温退火后,观察到薄膜样品在488,544,588以及623 nm左右出现Tb3+的四个典型发光峰.结合激发光谱、吸收光谱以及XRD分析表明,CeO2薄膜在高温下失氧,发生Ce4+→Ce3+转变,Ce3+吸收紫外光后,Ce3+与Tb3+发生能量传递,产生发光.通过改变Tb4 O7薄膜厚度,研究了Tb4 O7层厚对超晶格发光的影响,结果显示在Tb4 O7层厚为0.5nm时,发光强度最大;Tb4 O7层厚大于0.5nm时,由于Tb3+间的能量传递,产生浓度猝灭.同时,对超晶格样品在900～1 200℃之间进行了不同温度、不同时间的退火,结果显示在1 200℃下进行2h的退火,薄膜发光强度达到最大.研究认为,Ce3+的浓度、氧空位缺陷以及Ce3+与Tb3+间距的变化是导致这一结果的主要原因.     

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。     

Terbium-activated heavy scintillating glasses

Tb-activated scintillating glasses with Ln₂O₃ (Ln=Y, Gd, Lu) concentrations up to 40 mol% have been prepared. The effects of Ln³⁺ ions on the density, thermal properties, transmission, and luminescence properties under both UV and X-ray excitation have been investigated. Glasses containing Gd₂O₃ or Lu₂O₃ exhibit a density of more than 6.0 g/cm³. Energy transfer from Gd³⁺ to Tb³⁺ takes place in Gd-containing glass and as a result the Gd-containing glass shows a light yield 2.5 times higher than the Y- or Lu-containing glass. The effect of the substitution of fluorine for oxygen on the optical properties was also investigated.     

PDP用发光材料的研究进展

目前,商用PDP三基色荧光粉主要为红色(Y,Gd)BO₃:Eu³⁺,绿色Zn₂SiO₄:Mn²⁺、BaAl₁₂O₁₉:Mn²⁺或(Gd, Y)BO₃:Tb³⁺,蓝色BaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺。然而,以上3种荧光粉均存在发光效率低的问题;另外,(Y, Gd)BO₃:Eu³⁺的色纯度较差,Zn₂SiO₄:Mn²⁺和BaAl₁₂O₁₉:Mn²⁺的衰减时间较长,(Gd,Y)BO₃:Tb³⁺亮度不足,BaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺的稳定性较差,这些因素在一定程度上制约了其发光和显示性能。本文总结了目前红、绿、蓝三种发光材料的真空紫外发光机理以及发光性能改进的研究进展,同时,对目前开发新型PDP用发光材料的研究也进行了介绍。     

Magnetic and optical properties of nitroxide radicals and their lanthanide complexes

This paper reports the structural, magnetic and optical properties of three series of lanthanide complexes [Ln(radical)₄](ClO₄)₃, [Ln(radical)₂(NO₃)₃] and [Ln(radical)(hfac)₃] (Ln=Gd(III), La(III) or Eu(III)) with nitronyl or imino nitroxide radicals.The magnetic properties of the gadolinium complexes were studied. Along the series, most gadolinium(III) complexes exhibit antiferromagnetic Gd^III-radical interaction. These results are discussed.The full absorption and luminescence spectra of some lanthanide complexes and their uncoordinated free radical ligands were measured. The rich vibronic structure in luminescence and absorption spectra indicates that several excited states define the absorption spectra between 400 and 800 nm. Qualitative trends can be established between magnetic ground state properties and the energies and vibronic structure of the title compounds.     

A3Ln(Ⅲ)1-xTb(Ⅲ)x(A=邻氨基苯甲酸;Ln=La、Gd、Y; x=0-0.1)稀土配合物的荧光性能

采用共沉淀法合成了掺杂 L a、 Gd、 Y的 Tb-邻氨基苯甲酸配合物 ,研究其荧光性能 ,结果显示 ,掺杂L a、Gd、Y后 ,对 Tb配合物的发光有增敏作用 ,讨论了不同的掺杂离子 (L a、Gd、Y)及掺杂量对其荧光性能的影响。发现 ,当掺杂离子取代大部分 Tb3+时 ,其发光增强仍十分显著。     

Electronic structure and magnetic properties of the quaternary perovskites LnMn3V4O12 (Ln = La,Nd and Gd)

ABSTRACT

Structural, electronic and magnetic properties of the quaternary perovskites LnMn₃V₄O₁₂ (Ln?=?La, Nd and Gd) are calculated using generalised gradient approximation along with Hubbard potential (GGA?+?U) within the frame work of density functional theory (DFT). It is observed that the calculated lattice constants are decreases as going from La→Gd due to the lanthanide’s contraction and found consistent with the experiments. The electron charge densities show that the Ln—O bond is ionic whereas the bond between Mn/V—O is covalent. The metallic nature of these compounds is confirmed by the overall band structures. The magnetic susceptibility curves show that all these compounds are anti-ferromagnetic and the exchange interactions play vital role in the magnetic properties of these perovskites. Furthermore, the electrical resistivities calculated by BoltzTrap code also verify the metallic nature of all these compounds. This study also confirms that in these compounds Mn 3d-states electrons are responsible for the magnetic behaviour whereas V 3d-states electrons for the electronic behaviour.     

香兰素对甲苯胺希夫碱稀土配合物的红外光声光谱

研究了香兰素对甲苯胺希夫碱及其金属配合物在３８００－２００ ｃｍ＾－１范围的傅里叶变换红外光谱光谱，对主要谱带进行了经验归属。     

Energy transfer from Eu(III) and Tb(III) complexes to dyes in their mixed nanostructures. I

The formation of nanostructures that consist of complexes of β-diketones with 1,10-phenanthroline and involve dyes of the polymethine, triphenylmethane, oxazine, and xanthene series is observed in aqueous solutions. It is found that nanostructures of complexes of Ln(III) ions and dyes are reliably observed at concentrations of Ln complexes from 0.5 to 5 μM and at dye concentrations above 5 nM. Nanostructures of complexes Eu(MBTA)₃phen, Eu(NTA)₃phen, Eu(PTA)₃phen, Tb(PTA)₃phen, Gd(MBTA)₃phen, and Lu(MBTA)₃phen with dyes are studied, where MBTA is n-methoxybenzoyltrifluoroacetone, NTA is naphthoyltrifluoroacetone, PTA is pivaloyltrifluoroacetone, and phen is 1,10-phenanthroline. It is shown that nanostructures formed can contain dye molecules not only inside a nanostructure of Ln complexes but also on its outer shell. It is proved that, at a dye concentration in the solution of the order of nanomole or higher, the formation of mixed nanostructures of Eu complexes and dyes whose S ₁ level is below the ⁵ D ₀ level of Eu(III) leads to the quenching of the luminescence of Eu(III) and gives rise to the sensitized luminescence of dyes. The energy transfer efficiency from Eu(III) ions to dye molecules is determined by the ability of these molecules to incorporate into nanostructures of Eu complexes. The effect of the formation of nanostructures on the shape and position of the spectra of luminescence and absorption of dyes is studied. Comparison of the sensitized luminescence intensities of Nile blue in structures of Eu, Lu, and Gd complexes shows that the greater part of the excitation energy of Eu complexes is transferred directly from ions to dye molecules according to the inductive-resonance energy transfer mechanism rather than by means of energy migration over singlet levels of organic ligands in complexes of a nanostructure.