纳米二氧化钛的制备及Eu~(3+)掺杂发光研究

以钛酸四丁酯为前驱物,采用溶胶-凝胶法制备了四种不同配方Eu3+掺杂的TiO2纳米晶.利用扫描电镜(SEM)、EDS能谱、光致发光光谱对样品的形貌、成份及性能进行了表征.研究了退火温度、稀土Eu3+离子掺杂摩尔分数、溶剂乙醇量等对发光性能的影响,并对其发光机理进行了探讨.结果表明:稀土Eu3+掺杂TiO2纳米晶样品,掺杂均匀、颗粒大约在30～80nm;从EDS能谱分析可得Ti:O原子个数比并不是按化学计量TiO2满足1:2,这是因为在TiO2中形成的是Ti-O-Ti键,Eu3+离子很可能取代了Ti4+离子,同时又形成了氧空位,表明稀土Eu3+离子进入TiO2晶格中;样品的主发射峰在614nm(5D0→7F2)处发光最强,且在593nm(5D0→7F1)处出现了属于磁偶极跃迁的发射峰,制备Eu3+∶TiO2纳米晶的组分、退火温度、溶剂乙醇的量不同,发射光谱的强度也不同.     

Eu掺杂SiO2纳米基质的发光特性

采用溶胶-凝胶(sol-gel)法制备了Eu掺杂的SiO₂干凝胶,分别用光致发光(PL)光谱、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、红外吸收(IR)谱等分析手段对样品进行了表征,研究了SiO₂的基质中Eu³⁺、Eu²⁺的发光特性以及退火温度对发射光谱的影响,并对其发光机理进行了分析。结果表明,样品掺杂均匀,颗粒尺寸大约在50~80 nm,硼(B)离子进入SiO₂网格,成为了基质的一部分,改变了基质的网络结构。当采用258 nm激发样品时,随着退火温度的升高,红光发射强度先增强后减弱。对于经800 ℃退火处理的样品红光发射最强,出现了576 nm(⁵D₀ →⁷F₀),620 nm(⁵D₀ →⁷F₂),658 nm(⁵D₀ →⁷F₃)3条谱线,其中主峰位于 620 nm红光发射,对应于Eu³⁺离子的⁵D₀ →⁷F₂超灵敏跃迁,进一步说明B离子参与到基质中,形成了Si—O—B键,导致Eu³⁺离子所处配位环境的对称性降低,从而有利于Eu³⁺离子的特征发射;当采用271 nm激发样品时,随着退火温度的升高,蓝光发射强度先增强后减弱,经850 ℃退火的样品400~500 nm蓝光发射最强,归属于Eu²⁺的5d→4f的跃迁发射,证明在铝离子(Al³⁺)存在的情形下,在高温退火过程中Al³⁺部分取代Si⁴⁺形成AlO^-₄基团,掺杂Eu³⁺填补AlO^-₄基团附近的空位,增加了Eu³⁺周围的AlO^-₄四面体中氧原子的电子给予能力,使得Eu³⁺还原成Eu²⁺,从而得到了较强的蓝光发射。但是,当退火温度达到900 ℃时,由于稀土离子发生位置的迁移形成团簇红光和蓝光都明显地降低。     

Preparation of NaYF4:,Er3+/TiO2 composite and up-conversion luminescence properties under visible light excitation

The up-conversion luminescence composite NaYF 4:Er 3+ /TiO 2 is prepared using the sol-gel method.The specimen has good crystallinity and two shapes,i.e.,viereck and round,while the sizes of viereck and round particles are both micron-sized.The TiO 2 has an anatase structure,while the NaYF 4 has a hexagonal phase,which can be hardly obtained through the common sol-gel method.Due to the big particle size and the high crystallinity of pure NaYF 4:Er 3+,the composite has a small specific surface area that is less than Degussa P25 TiO 2.The NaYF 4:Er 3+ /TiO 2 composite shows several emission peaks at 211,237,and 251 nm under the excitation of 388 nm,at 395 nm and 411 nm under the excitation of 500 nm,and at 467,481,492,and 508 nm under the excitation of 570 nm.     

含水量对Tb:SiO_2光谱特性的影响

采用sol-gel法制备了稀土Tb3+掺杂的SiO2发光干凝胶,对样品微观结构和发光性能进行了表征,研究了含水量对样品荧光强弱,磷光特性,发光衰减等的影响。结果表明:当溶液中正硅酸乙酯、无水乙醇、蒸馏水配比为1∶4∶4时,650℃退火样品的发光最强,当配比为1∶4∶5时,750℃退火样品的发光最强,当配比为1∶4∶6时,850℃退火样品的发光最强。随着含水量的增加,经750℃退火处理的样品,发光强度先减弱后增强之后又减弱。可见,含水量和退火温度同时影响着Tb3+的发光,对发光强度的影响形成了一个竞争机制。通过测试磷光,初步得知基质中含有缺陷空位,含水量对磷光强度影响趋势与荧光的趋势一致。此外,含水量对发光衰减时间也有明显的影响。     

TiO2纳米薄膜微观结构及光学性能研究

用sol-gel法制备了纳米TiO₂薄膜,用原子力显微镜(AFM)观察了薄膜的表面形貌,测量了薄膜的表面粗糙度(RMS)为2.832 nm;用红外光谱(IR)研究了TiO₂薄膜前驱体溶胶的组成; 探讨了TiO₂薄膜的焙烧温度、层数等制备条件对TiO2光催化活性的影响,结果发现在490℃,8层膜的TiO₂活性最高.     

B离子对SiO2基质凝胶中Eu3+特征光谱的加强作用

使用正硅酸乙酯、硼酸和硝酸铝为前驱体，硝酸铕为掺杂剂，以溶胶-凝胶法制备了Eu单掺和Eu、B共掺的SiO2干凝胶，并成功地在钠钙玻璃上制备了光洁度很好的掺杂SiO₂多层薄膜.利用荧光光谱、红外光谱（IR）、X射线衍射（XRD）等技术研究了B离子、退火温度对样品发光性能的影响.荧光光谱显示发光体能产生很强的红色发光，经500℃以上退火处理，产生6条谱带，分别归属于Eu³⁺的⁵D₀→⁷F_J（J=0, 1, 2, 3, 4）的电子跃迁, ⁵D₀→⁷F₁的跃迁分裂为两个峰.实验结果表明，B离子的加入，由于在材料中形成了Si-O-B键，使Eu³⁺的配位环境的对称性降低，加强了Eu³⁺的红光发射.退火处理改变了材料的网络结构，降低了水和羟基的含量有助于提高发光强度，但退火温度太高（850℃），发生了荧光猝灭效应，源于稀土离子发生位置迁移形成的团簇.XRD测试结果显示材料是非晶态的.     

物理实验的层次教学与思维能力的培养

本文介绍了大学物理实验教学中层次教学与思维能力的关系。提出了物理实验教学的最终目的是培养学生创造性思维能力。     

纳米二氧化钛的制备及Eu3＋掺杂发光研究

以钛酸四丁酯为前驱物,采用溶胶-凝胶法制备了四种不同配方Eu3+掺杂的TiO2纳米晶.利用扫描电镜（SEM)、EDS能谱、光致发光光谱对样品的形貌、成份及性能进行了表征.研究了退火温度、稀土Eu3+离子掺杂摩尔分数、溶剂乙醇量等对发光性能的影响,并对其发光机理进行了探讨.结果表明:稀土Eu3+掺杂TiO2纳米晶样品,掺杂均匀、颗粒大约在30~80 nm|从EDS能谱分析可得Ti:O原子个数比并不是按化学计量TiO2满足1:2,这是因为在TiO2中形成的是Ti-O-Ti键,Eu3+离子很可能取代了Ti4+离子,同时又形成了氧空位,表明稀土Eu3+离子进入TiO2晶格中|样品的主发射峰在614 nm(5D0→7F2)处发光最强,且在593 nm(5D0→7F1)处出现了属于磁偶极跃迁的发射峰,制备Eu3+∶TiO2纳米晶的组分、退火温度、溶剂乙醇的量不同,发射光谱的强度也不同.     

Ba9Y2(SiO4)6: Ce3+,Mn2+荧光粉的发光特性及能量传递

利用高温固相法制备了Ba₉Y₂(SiO₄)₆:Ce³⁺,Mn²⁺(BYS:Ce³⁺,Mn²⁺)荧光粉,并通过X射线衍射(XRD)谱、激发和发射光谱及荧光寿命的测试对材料的结构、发光特性和能量传递进行了研究。在327 nm激发下,BYS:Ce³⁺,Mn²⁺发射光谱中包含2个发射峰,分别为位于407 nm的Ce³⁺的蓝紫光发射和位于597 nm的Mn²⁺的红光发射。在该体系中,发现了Ce³⁺向Mn²⁺的有效能量传递,使得Mn²⁺在597 nm处的红光发射显著提高,当x(Mn²⁺)=0.25时,BYS:Ce³⁺,xMn²⁺的能量传递效率可达39%。实验表明,该荧光粉可为紫外基白光LED提供良好的红光光源。     

Ce3+和Mn2+掺杂的Ba9(Y2-xScx)(SiO4)6光谱特性和温度特性研究

采用高温固相法制备了Ba₉(Y_2-xSc_x)(SiO₄)₆:Ce³⁺,Mn²⁺(x=0,0.5,1.0,1.5,2.0)样品。在该体系中,当Sc³⁺含量从x=0逐渐增加至x=2时,Ce³⁺的蓝光发射强度提高了1.7倍;同时,Mn²⁺的红光发射强度提高了1.9倍,显示了优良的红光特性。样品的发射光谱和漫反射光谱表明,Ce³⁺、Mn²⁺发射强度的增加与Ce³⁺吸收能力和Ce³⁺向Mn²⁺能量传递的提升有直接关系。研究了样品Ba₉Sc₂(SiO₄)₆:Ce³⁺,Mn²⁺的热稳定性。随着温度的升高,Mn²⁺的红光发射呈现先升后降的态势。当温度从室温升至488 K时,Mn²⁺发射强度仅下降至室温时的84%,表现出优良的热稳定性。高亮的红光发射和优良的热稳定性表明该荧光材料可为紫外基白光LED提供良好的红色光源。