Ca3Y2Si3O12：Tm3+,Yb3+上转换发光粉的制备与发光性能研究

采用高温固相法成功制备了Ca₃Y₂Si₃O₁₂：Tm³⁺,Yb³⁺上转换蓝色发光材料。在980 nm 红外激光器激发下,发光粉呈现强烈的蓝光（475 nm）和近红外光（810 nm）以及较弱的红光（650 nm）发射,分别归因于Tm³⁺离子的¹G₄→³H₆、³H₄→³H₆和¹G₄→³F₄能级跃迁。随着Yb³⁺离子浓度的增加,发光粉上转换发射强度和发光亮度均呈现先增强后减弱的变化趋势。在最佳掺杂浓度下（Yb³⁺摩尔分数为15%）,蓝、红光强度分支比为12：1,色坐标为（0.129 2,0.152 3）。在3.9 W/cm²激发功率密度下,发光亮度可达6.8 cd/m²。上述结果证实,所制备发光粉呈现优异的蓝光上转换发射特性并具有潜在的应用价值。发光强度和激发光功率关系表明,所得上转换发射为三光子和双光子吸收过程。借助Tm-Yb体系能级结构详细讨论了上转换发射的跃迁机制。     

Tm3+-Yb3+共掺杂的碲酸盐玻璃和光纤的光谱特性

研究了Tm³⁺-Yb³⁺共掺杂的碲酸盐玻璃和光纤在980nm激光二极管激发下的可见与近红外光谱性质.室温下,Tm³⁺-Yb³⁺共掺杂的碲酸盐玻璃在480,800nm处观测到了很强的上转换发光,在650nm观测到一较弱的上转换发光,它们分别来自Tm³⁺离子的¹G₄^→3H₆,³H₄^{→ 3}H₆和¹G₄^{→ 3}F₄跃迁;在1020,1810nm处观测到近红外发射,它们分别属于Yb³⁺离子的²F_5/2^→2F_7/2跃迁和Tm³⁺离子的³F₄^→3H₆跃迁.研究了其发光特性与Tm³⁺及Yb³⁺的浓度的依赖关系.此外,在980nm激光激发下,还观测到Tm³⁺-Yb³⁺共掺杂的碲酸盐玻璃光纤在1060,1470,1910nm附近的近红外发射.详细讨论了其发光机制,该材料可望用于制作蓝色上转换光纤激光器、S-波段光纤放大器以及在医疗诊断和遥感中有着广泛的应用的1.9μm光纤激光器.     

YNbO4：Tm3+/Yb3+上转换发光特性研究

按照50Nb₂O₅-（46-x）Y₂O₃-4Yb₂O₃-xTm₂O₃（x=0.1,0.2,0.5,1,2）的配比方式,采用高温固相法制备出了掺杂Tm³⁺/Yb³⁺的YNbO₄晶体粉末。在980 nm红外光激发下,观测到波长为478,645,707 nm的上转换荧光,分别对应于Tm³⁺离子的¹G₄→³H₆、¹G₄→³F₄、³F₃→³H₆能级跃迁过程。利用上转换发射功率与980 nm激光器工作电流关系估算出跃迁过程吸收光子数目为2.72,2.69,2.01,从而确定出前两者为三光子吸收过程,最后一个对应于双光子吸收过程。运用Judd-Ofelt理论研究样品光谱特性,根据样品的吸收谱得到样品的谱线强度参数Ω_t（t=2,4,6）,进而得出理论振子强度及实验振子强度,二者均方根偏差δ_rms=1.299×10^-7。计算了Tm³⁺离子向下能级跃迁的跃迁几率、跃迁分支比等参数。最后得出结论：（1）³F₄能级寿命较长,适合作为上转换中间能级;（2）³H₅能级寿命较长,且³H₅→³H₆跃迁分支比（96.46%）接近100%,可用于产生1 216 nm激光。     

Tm3+离子掺杂的钨酸钇钠晶体中浓度猝灭效应的研究

测量了Tm³⁺离子不同浓度(0.5at.%, 3 at.%, 5 at.%)掺杂的NaY(WO₄)₂晶体在800nm激光二极管激发下的上转换发射光谱.结合吸收谱、荧光谱和由Judd-Ofelt理论计算的光谱参数，详细分析了Tm³⁺:NaY(WO₄)₂晶体中上转换能量传递机理和离子浓度对上转换发射的影响.讨论了四种影响上转换发光效率的离子间相互作用机理：³H₅+¹G₄→³H₆+¹D₂，³H₅+³H₅→³H₆+³F₃，¹G₄+³H₆→³F₄+³F₃，¹G₄+³H₆→³F₃+³F₄，并根据Miyakawa-Dexter理论定量计算了各过程的发生概率.论证了交叉弛豫和共协上转换等浓度猝灭效应是影响Tm³⁺离子蓝色上转换荧光发射效率的主要因素. 关键词： 3+离子')" href="#">Tm³⁺离子 4)₂晶体')" href="#">NaY(WO₄)₂晶体 上转换 浓度猝灭     

不同波长激发下YLiF4：Er3+,Tm3+,Yb3+的发光

水热法合成了YLiF₄:Er³⁺,Tm³⁺,Yb³⁺,其中Er³⁺、Yb³⁺和Tm³⁺的摩尔分数分别为1%、1.5%和2%。当用355nm光激发时,其发光为蓝色,峰值位于450nm,对应于Tm³⁺的¹D₂→³F₄跃迁。用378nm激发时,发光为绿色,主要发光峰位于552nm。980nm光激发时,发光为白色,发光峰分别位于665(651),552(543),484,450nm处,并在648nm处还观察到了一个发光峰,其中最强的发射为红光。YLiF₄:Er³⁺,Tm³⁺,Yb³⁺的蓝光来源于Tm³⁺的激发态¹G₄到基态³H₆的跃迁,绿光来源于Er³⁺的⁴S_3/2和²H_11/2到基态⁴I_15/2的跃迁,红光既来源于Tm³⁺的¹G₄→³F₄的跃迁,也来源于Er³⁺的⁴F_9/2→⁴I_15/2的跃迁。在上转换发光中,还探测到了紫外光359nm的发射。监测665nm得到的激发光谱不同于监测552nm的激发光谱,在665nm的激发光谱中出现了对应Tm³⁺的¹G₄能级的峰。在双对数曲线中,蓝光484nm、绿光552nm和红光665nm的斜率分别为2.25、2.28和2.21,紫外光359nm的斜率为2.85。因此在980nm激发下,蓝光484nm、绿光552nm和红光665nm都是双光子过程,紫外光359nm的发射是三光子过程。     

Li+离子掺杂Gd2O3：Sm3+纳米晶的发光增强

采用燃烧法制备了Gd₂O₃:Sm³⁺和Li⁺离子掺杂的Gd₂O₃:Sm³⁺纳米晶,根据X射线衍射图谱确定所得纳米样品为纯立方相。在室温下,用275 nm和980 nm激发光激发各样品时,可分别观测到Sm³⁺离子的强荧光发射和上转换特征发射,其主发射峰分别位于560,602,650 nm处,分别对应着Sm³⁺离子的⁴G_5/2→⁶H_5/2,⁴G_5/2→⁶H_7/2和⁴G_5/2→⁶H_9/2的电子跃迁,其中以⁴G_5/2→⁶H_7/2跃迁的光谱强度最大。实验表明Li⁺离子的掺入使得Sm³⁺离子的荧光发射强度显著增加。通过对样品的XRD、TEM和激发光谱、发射光谱的研究,分析了引起样品荧光强度变化的原因。     

利用Er3+光学温度传感特性研究Tm3+/Yb3+掺杂NaY(WO4)2微米球的激光辐照热效应

采用微波水热方法合成了Er³⁺/Yb³⁺及Tm³⁺/Yb³⁺两个共掺杂的绣球花状NaY（WO₄）₂微米球样品。XRD结果表明所获得的产物为纯相体心结构的NaY（WO₄）₂,利用SEM观察发现产物粒子结构为纳米片组装成的绣球花状。考虑到红外激光辐照对样品产生加热效应,采用380 nm激发下不同温度的发射光谱获得了Er³⁺/Yb³⁺共掺杂NaY（WO₄）₂微米球的温度传感特性曲线和灵敏度曲线。把Er³⁺/Yb³⁺共掺杂NaY（WO₄）₂与Tm³⁺/Yb³⁺共掺杂的NaY（WO₄）₂按质量比1：10进行混合,采用980 nm激发测量了混合物的上转换发光光谱,研究了激光持续辐照对Tm³⁺/Yb³⁺掺杂NaY（WO₄）₂样品的加热效应和Tm³⁺的¹G₄→³H₆ 跃迁发光强度随激光辐照时间的变化。实验发现980 nm激光辐照使Tm³⁺/Yb³⁺掺杂NaY（WO₄）₂样品的温度持续升高并达到某一平衡温度,Tm³⁺的蓝色上转换发光也随着激光辐照时间的延长而增强,最后达到饱和。此外,在相同条件下,Tm³⁺/Yb³⁺共掺杂样品的激光辐照热效应比Er³⁺/Yb³⁺共掺杂样品的热效应更为显著。     

稀土掺杂的NaGdF4上转换发光材料的合成与发光特性研究

采用水热法制备了一系列不同掺杂浓度的NaGdF₄:Re(Re=Tm³⁺,Er³⁺,Yb³⁺)上转换发光粉。通过X射线衍射(XRD)、电子扫描电镜(SEM)和上转换发射光谱对样品进行了表征。XRD研究结果表明:合成的样品均为六方结构NaGdF₄。估算的平均晶粒尺寸为41~43 nm。在980 nm红外光激发下,Er³⁺和Yb³⁺共掺杂的NaGdF₄发光粉发出分别来自于Er³⁺离子²H_{11/ 2},⁴S_3/2→⁴I_15/2跃迁的绿光和⁴F_9/2→⁴I_15/2跃迁的红光发射,Tm³⁺和Yb³⁺共掺杂的NaGdF₄发光粉发出分别来自Tm³⁺离子的¹G₄→³H₆跃迁的蓝光、¹G₄→³F₄和³F_2,3→³H₆跃迁的红光和³H₄→³H₆跃迁的近红外光发射。Er³⁺,Tm³⁺和Yb³⁺共掺杂的NaGdF₄发光粉的发光强度及红、绿、蓝光发射的相对强度受Yb³⁺离子掺杂浓度的影响。对样品中可能的上转换发光机制进行了讨论。计算的色坐标显示:可通过改变掺杂离子浓度对上转换发光的颜色进行调控。     

近红外到近红外Mn2+掺杂NaYF4:Yb3+/Tm3+纳米粒子的制备及其生物成像

在反应温度为200℃、反应时间为8 h的温和条件下,采用水热法合成了近红外到近红外的Mn²⁺掺杂NaYF₄:Yb³⁺/Tm³⁺上转换荧光纳米粒子,再以两亲性聚合物C₁₈PMH-mPEG作为亲水性配体修饰到上转换荧光纳米粒子表面,得到具有水溶性的上转换荧光纳米粒子。然后在980 nm近红外光源激发下,测量了上转换荧光纳米粒子的荧光发射光谱,在（800±10） nm附近,观察到了较强的单近红外光发射（³H₄→³H₆）。对样品进行细胞毒性实验,结果表明制得的水溶性Mn²⁺掺杂NaYF₄:Yb³⁺/Tm³⁺纳米粒子具有良好的生物相容性。并进一步在小鼠体内进行了近红外成像,表明其在生物成像领域将会具有一定的应用前景。     

Na+离子掺杂Gd2O3 ∶ Sm3+纳米晶的发光增强

采用柠檬酸作燃烧剂,在柠檬酸-硝酸盐体系下制备了Gd₂O₃ ∶ Sm³⁺和Gd₂O₃ ∶ Sm³⁺,Na⁺纳米晶。用X射线衍射仪、透射电子显微镜、荧光光谱仪等对样品的结构、形貌和光致发光性能进行了分析。结果表明:所得纳米样品为纯立方相,晶粒尺寸约为30 nm。在室温下,用275 nm激发光激发各样品时,可观测到Sm³⁺离子 的较强发光,其主发射峰位分别位于561.5,603.5,651.5 nm,分别对应着Sm³⁺离子的⁴G_5/2→⁶H_5/2 , ⁴G_5/2→ ⁶H_7/2 和⁴G_5/2 →⁶H_9/2的电子跃迁, 其中以⁴G_5/2→⁶H_7/2 跃迁的光谱强度最强。实验表明:Na⁺离子的掺入使得Sm³⁺离子的光发射强度显著增强。对引起样品荧光强度变化的原因进行了分析。     

Tm3+ ,Yb3+共掺微晶玻璃蓝色上转换荧光的温度特性

制备了Tm³⁺,Yb³⁺共掺氟氧化物微晶玻璃, 在980 nm二极管激光器泵浦下研究了其上转换发光。发现将前驱玻璃进行热处理后,源于Tm³⁺的¹G₄能级到基态³H₆跃迁所产生的蓝色上转换荧光在463 nm和476 nm出现明显劈裂。在此基础上分析了该劈裂蓝色上转换荧光在303~623 K范围内的温度特性。结果表明:Tm³⁺,Yb³⁺共掺氟氧化物微晶玻璃蓝色上转换荧光可应用于光学测温,其测温最大灵敏度为4.2×10^-4 K^-1,相应温度为352 K。     

橙红色荧光粉Ca3Y2Si3O12：Sm3+的制备及发光特性

采用高温固相法在1 400 ℃下经二次煅烧合成了橙红色荧光粉Ca₃Y_2-xSi₃O₁₂：xSm³⁺,研究了Sm³⁺离子掺杂浓度及助熔剂对荧光粉发光性能的影响。XRD结果显示,所合成的荧光粉的主晶相为Ca₃Y₂Si₃O₁₂。荧光光谱分析表明,Ca₃Y₂Si₃O₁₂：Sm³⁺硅酸盐荧光粉可以在320~500 nm范围内得到有效激发,并发射橙红光。在402 nm激发下,样品发射光谱中的主发射峰分别位于562 nm（⁴G_5/2→⁶H_5/2）、598 nm（⁴G_5/2→⁶H_7/2）和646 nm（⁴G_5/2→⁶H_9/2）,其中598 nm处峰值最大。改变Sm³⁺离子掺杂浓度发现：荧光粉发光强度先增大后减小,最佳Sm³⁺掺杂量x（Sm³⁺）为5%,浓度猝灭机理为离子间的相互作用。讨论了几种助熔剂的影响,NH₄F、CaF₂和NaCl均降低荧光粉的发光强度,只有H₃BO₃能够显著增强样品的发光,其最佳掺杂质量分数为1%。     

新型红色荧光粉Sr2ZnMoO6:Sm3+的制备与发光性能

采用高温固相法合成了Sr₂ZnMoO₆:Sm³⁺新型红色荧光材料,并对其发光特性进行了研究。XRD测量结果表明所制备样品为纯相Sr₂ZnMoO₆晶体。样品的发射光谱由一系列锐谱组成,分别位于563 nm(⁴G_5/2→⁶H_5/2)、598 nm(⁴G_5/2→⁶H_7/2)、607 nm(⁴G_5/2→⁶H_7/2)和645 nm(⁴G_5/2→⁶H_9/2),最强发射为645 nm。样品激发光谱由电荷迁移带CT和Sm³⁺离子的特征激发峰组成,主激发峰位于284 nm(CT)和403 nm(⁶H_5/2-⁴L_13/2)。 随着Sm³⁺浓度的增大, Sr_2-xZnMoO₆:xSm³⁺材料的发光强度先增大后减小, 在x≥2%时,发生浓度猝灭现象。根据Dexter理论分析其猝灭机理为电偶极-电偶极相互作用。比较了Li⁺、Na⁺和K⁺作为电荷补偿剂的作用,发现均使Sr₂ZnMoO₆:Sm³⁺材料的发射强度得到增强,但以Li⁺补偿效果最为显著。     

共沉淀法制备Y2SiO5∶Er3+ ,Yb3+ ,Tm3+及其上转换发光性能研究

采用化学共沉淀法制备了系列Y_1.98-2xYb_2x Er_0.02SiO₅(0.00≤x≤0.15)以及Y_1.736Yb_0.24Er_0.02Tm_0.004SiO₅上转换发光材料,比较了室温下Y_1.98-2xYb_2x Er_0.02 SiO₅ (x=0.00,0.08)样品在400—1600 nm范围内的吸收光谱,测量了所有样品在976 nm OPO激光器激发下的上转换发射光谱,以及Er³⁺离子⁴S_3/2(⁴F_9/2)→⁴I_15/2,Tm³⁺离子¹G₄→³H₆荧光衰减曲线和不同激发功率下的上转换蓝光发射强度,从而分析讨论了Er³⁺,Tm³⁺在Y₂SiO₅中的上转换发光机理.研究结果表明:在1250 ℃相对较低的温度下合成了X2型单斜晶系Y₂SiO₅ ∶Ln³⁺(Ln³⁺=Er³⁺,Yb³⁺,Tm³⁺),Yb³⁺的敏化显著增强了样品在976 nm附近的吸收能力,并大幅度加宽了该处的吸收带.分析上转换发射光谱发现:上转换绿光和红光强度都随着Yb³⁺浓度的增加先增强后减弱,但红光的猝灭浓度较高,归因于Er³⁺→Yb³⁺反向能量传递ETU4和Yb³⁺→Er³⁺正向能量传递ETU3过程的发生;上转换蓝光发射是三光子吸收过程,是通过Yb³⁺,Tm³⁺之间三次声子辅助的能量转移方式实现的. 关键词： 上转换 共沉淀 2SiO₅∶Er³⁺')" href="#">Y₂SiO₅∶Er³⁺ 3+')" href="#">Yb³⁺ 3+')" href="#">Tm³⁺     

Y2Ti2O7:Tm3+的制备及其发光性能研究

采用溶胶-凝胶法(Sol-gel)制备了不同烧结温度和Tm³⁺掺杂浓度的Y₂Ti₂O₇:xTm (x=0.005,0.01,0.03,0.05)荧光粉,分别采用X射线衍射分析仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和荧光光谱仪对样品的晶型结构、形貌以及发光性能进行了表征。XRD结果表明,所得到的样品为单一立方相烧绿石结构。样品在361 nm紫外光激发下发射出 蓝光,其峰值波长为456 nm,对应于Tm³⁺的¹D₂→³F₄跃迁。1 000 ℃烧结的Y₂Ti₂O₇: 0.01Tm³⁺样品具有较好的发光性能。样品在456 nm处的相对发光强度随Tm³⁺掺杂浓度的增大先升高后降低,在Tm³⁺摩尔分数为1%时达到最大,即出现了浓度猝灭现象。     

近红外光诱导下NaYbF4:Tm3+,Eu3+ 体系中Eu3+的上转换发光

利用水热法制备得到NaYbF₄:0.01%Tm³⁺,20%Eu³⁺上转换材料,利用X射线衍射分析、扫描电子显微镜及光谱测试技术分别对其进行了结构、形貌以及光谱性质的表征。在980 nm近红外激光激发下,得到了Eu³⁺的可见到紫外范围的上转换荧光发射。分析表明:共掺杂NaYbF₄纳米材料中Tm³⁺到Eu³⁺离子的能量传递对布居Eu³⁺离子的激发态能级,获得Eu³⁺的上转换发光起着至关重要的作用。另外,在实验中首次获得了Eu³⁺对应于³P₀→⁷F_j (j=0,1,2)能级跃迁的上转换光发射。     

Tm3+掺杂CdWO4单晶的发光特性

用坩埚下降法生长获得了尺寸为φ25 mm×90 mm、Tm₂O₃初始掺杂摩尔分数为0.5%的CdWO₄单晶。晶体的颜色由上部血红色逐渐加深至下部的黑褐色。对不同部位的晶体薄片进行800 ℃的氧化处理,测定了处理前后不同部位的吸收光谱和FTIR红外光谱。经氧气退火处理后,由于氧空位缺陷减少,晶体的颜色明显变淡。在吸收光谱中观测到421,684,805 nm的吸收带。其中421 nm的吸收峰随退火温度的升高而逐步减弱,经800 ℃处理后基本消失。在808 nm激光二极管激发下,观察到中心波长为1.5 μm和1.8 μm的荧光发射,分别对应于Tm³⁺的³H₄→³F₄,³F₄→³H₆的能级跃迁。     

Dy3+掺杂NaYF4纳米粒子的制备及其上转换发光性质

制备了Dy³⁺掺杂 NaYF₄上转换发光纳米晶体,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、荧光(FL)光谱、红外光谱仪(FT-IR)对合成样品的结构、形貌和发光性能进行表征。探讨了稀土离子掺杂浓度和焙烧温度对NaYF₄∶Dy³⁺纳米晶的结构、形貌和发光的影响。在776 nm红外光下激发样品,出现479,574 nm上转换发射峰,实现了蓝、绿上转换发光。绿光来自于Dy³⁺的⁴F_9/2→⁶H_13/2跃迁,蓝光是由Dy³⁺的⁴F_9/2→ ⁶H_15/2跃迁产生的。     

在NaGdF4：Tm3+, Dy3+中Gd3+间的能量迁移及Gd3+-Dy3+能量传递量子效率

基于量子剪裁基本原理,通过光谱技术研究NaGdF₄:Tm³⁺,Dy³⁺在一个真空紫外光子激发下获得两个蓝色光子的可能性。在这种化合物中,量子剪裁通过下转换,即通过应用不同镧系离子间的能量传递进行。通过对Tm 4f¹²-4f¹¹5d激发,部分能量从Tm³⁺离子5d态直接传递给Gd³⁺,然后在Gd³⁺-Tm³⁺之间发生交叉弛豫,剩余能量从Gd³⁺传递给Dy³⁺,产生两个可见光子发射,一个来自Tm³⁺的¹G₄-³H₆跃迁,另一个来自Dy³⁺的⁴F_9/2-⁶H_15/2跃迁。主要研究获得以NaGdF₄:Tm³⁺,Dy³⁺为基础的新型具有更高效率,更高稳定性和更强真空紫外(VUV)吸收量子剪裁发光粉的可能性。各种光谱技术,如光致发光、激发和衰减等被用来表征不同Dy³⁺浓度掺杂NaGdF₄中Gd³⁺晶格间能量迁移引起的施主Gd³⁺和受主Dy³⁺之间的能量传递。结果表明Gd³⁺离子之间存在能量迁移,随之交换相互作用引起施主与受主(Gd³⁺-Dy³⁺)之间的能量传递。通过Bursh-tein等人关于激发态的弛豫理论,施主-受主能量传递参数k_DS可以从Gd³⁺的⁶P_7/2发射的衰减计算出。Gd³⁺-Dy³⁺能量传递量子效率也可以得到。NaGdF₄:Tm³⁺和NaGdF₄:Tm³⁺,Dy³⁺是由水热法制备的,NaGdF₄:Dy³⁺是由文献[4]方法制备的。发射光谱和激发光谱通过自制的VUV光谱仪和F-4500测量。衰减曲线由OPO激光器激发获得Gd³⁺-Dy³⁺之间能量传递量子效率在受主浓度大约在N_A=0.6%时达到最佳值,并且明显地观测到浓度猝灭效应。     

Eu3+和Tb3+掺杂硅酸钇纳米粉体的合成与表征

采用溶胶-凝胶法合成了Y₂SiO₅∶Eu和Y₂SiO₅∶Tb纳米粉体,使用X射线衍射仪、扫描电镜等对粉体的结构、形貌和发光性能进行了分析,研究了Eu³⁺和Tb³⁺不同浓度掺杂硅酸钇纳米粉体的发光性能。在紫外光激发下,所获得的Y₂SiO₅∶Eu纳米粉体的主发射峰均位于612 nm,对应于Eu³⁺的⁵D₀→⁷F₂跃迁;Y₂SiO₅∶Tb纳米粉体的主发射峰均位于540 nm,对应于Tb³⁺的⁵D₄→⁷F₅跃迁。