Mg掺杂ZnO纳米晶的低温共沉淀法制备及光学性质

采用共沉淀(co-precipitation)法制备了Mg掺杂ZnO纳米晶,分别用X射线衍射(XRD)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、紫外可见吸收(UV-Vis)光谱、光致发光(PL)光谱、透射电镜(TEM)、电子顺磁共振(EPR)等分析手段对样品进行了表征。探究了Mg离子在ZnO纳米晶中的存在状态,ZnO纳米晶颗粒尺寸和发射光谱随Mg掺杂浓度的变化,并对其发光机理进行了分析。结果表明:Mg离子在ZnO晶格中以部分晶格位,部分间隙位的方式存在,没有形成MgO表面壳层结构;随Mg掺杂浓度的增大,ZnO纳米晶的颗粒尺寸变小,发射光的光强增大。发射光的最佳激发波长为342nm,中心波长为500nm,荧光量子产率为22.8%。实验分析表明:Mg离子的掺杂在ZnO纳米晶中引入了锌空位(VZn),间隙位的镁离子(IMg),提供了新的复合中心,从而增强了ZnO纳米晶的光致发光。     

掺Sb纳米ZnO的光致发光的研究

用柠檬酸盐法合成了不同掺杂浓度的纳米ZnO,粒径约为15nm。探讨了Sb掺杂对ZnO光致发光峰的影响。随着掺杂量的提高,样品的发射峰从428nm移至444nm。未掺杂ZnO的发光主要是源于电子从锌填隙形成的缺陷能级到价带顶的跃迁;随着掺杂量的提高,体系的氧空位增加,从而使得电子从氧空位所形成的缺陷能级到价带顶的跃迁占据主导,光致发射峰向长波方向移动。     

稀土Tb3+掺杂纳米ZnO的发光性质

ZnO是一种优良的直接宽带隙半导体发光材料(Eg=3.4 eV),具有优异的晶格、光学和电学性质,稀土离子掺杂浓度和热处理温度对ZnO∶Re3 纳米晶发光强度、峰位变化等光学性质具有重要影响.利用溶胶-凝胶法(Sol-Gel),在不同退火温度下,制备了不同浓度的ZnO∶Tb3 纳米晶.室温下,测量了样品的X射线衍射谱(XRD)、光致发光谱(PL)和激发谱(PLE).观察到纳米ZnO基质在520 nm附近宽的绿光可见发射和稀土Tb3 在485,544,584和620 nm附近的特征发射.通过ZnO基质可见发射强度和稀土Tb3 特征发射强度随Tb3 掺杂浓度、退火温度的变化关系,获得了5D4→7F5跃迁的绿色主发射峰最强的样品制备工艺参数,其退火温度为600℃、掺杂浓度为4 at%;给出了稀土Tb3 的激发态5D4→7F6(485 nm),5D4→7F5(544 nm)和5D4→7F4(584 nm)的发射机制;证实了稀土Tb3 与纳米ZnO基质之间存在双向能量传递.     

Sn掺杂ZnO纳米晶的水热法制备及光学性能

以ZnCl2和NaOH为原料,用SnCl4·4H2O作掺杂剂,通过水热法合成了Sn掺杂ZnO纳米颗粒。利用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)及光致发光(PL)光谱等测试技术对样品的物相、形貌及光学性能进行了表征。结果表明:制得的Sn掺杂ZnO纳米粒子具有六角纤锌矿结构。随着锡掺杂浓度的增大,纳米晶的平均粒度增加,晶体形貌由短棒状向单锥和双锥状转变;提高前驱液的pH值,所得样品的形貌由长柱状向短柱状转变。室温下,观测到三个光致发光带,一个峰值在433nm处的强紫光发射峰,一个约在401nm处的近紫外发光峰及一个在466nm处的弱蓝光发光峰。在实验掺杂浓度范围内,Sn的掺杂只是改变纳米ZnO的发光强度,对发光峰位置影响不大。     

掺铟氧化锌纳米阵列的制备、结构及性质研究

通过碳热辅助化学气相沉积法,用Au做催化剂在850℃下制备了铟掺杂的氧化锌（In/ZnO）纳米阵列.纳米棒的尺寸均匀,表面光滑,直径约为400 nm,长为2—3 μm.能量色散谱和X射线光电子能谱分析表明, 六棱柱状的纳米阵列中成功地进行了In 的掺杂,含量约为08%.室温光致发光谱显示掺杂后的紫外发射峰位有红移,峰的半高宽变大, 没有观察到绿光发射峰位.拉曼光谱显示出ZnO的峰位有不同程度的偏移,并且有新的峰位出现,这表明In的掺杂有效地取代了部分Zn的晶格. 关键词： In掺杂 ZnO 纳米阵列 光致发光     

Eu~(3+)掺杂的镧铈复合氧化物荧光粉的溶胶-凝胶化学合成

以硝酸铈、氧化镧和氧化铕为原料,柠檬酸为络合剂,采用溶胶-凝胶化学法合成了稀土Eu~(3+)掺杂的镧铈复合氧化物(镧铈的量比分别为1∶1和1∶2)荧光粉。通过X射线衍射、扫描电镜、拉曼光谱和光致发光等手段研究了不同组成下样品的结构、发光及显色性能。结果表明,所得复合氧化物样品与CeO_2相似,均为立方萤石结构,空间群为Fm3m,但复合氧化物的晶胞参数a大于CeO_2。粉体形貌近似球形,颗粒均匀,粒径范围在50～60 nm之间。在466 nm蓝光激发下,位于613 nm和628 nm处Eu~(3+)的~5D_0→~7F_2特征红色跃迁为主发射峰。固定Eu~(3+)掺杂摩尔分数为15%,镧铈复合氧化物的荧光强度明显优于氧化铈基质,而当基质中镧铈的量比为1∶1时,样品的荧光进一步优化达到最强。由于466 nm对应的蓝光区与半导体GaN芯片的发光重合,这有利于Eu~(3+)掺杂的镧铈复合氧化物在固态照明中的应用。     

CdSe:Nd纳米晶及CdSe:Nd@SiO2核壳结构的合成及发光性能

利用有机相法合成Nd³⁺掺杂CdSe纳米晶（CdSe∶Nd）,通过X射线粉末衍射（XRD）、透射电镜（TEM）、紫外吸收光光谱及荧光光谱表征,证明Nd³⁺已经成功掺入到CdSe的晶格中。与纯CdSe纳米晶相比,CdSe∶Nd纳米晶的结构仍为立方晶型,且形貌近似球形,均匀分散,粒径约为2~4 nm。紫外吸收峰和荧光发射峰都发生红移,而且掺杂后的CdSe∶Nd纳米晶量子产率也提高,这可能是由于掺杂Nd³⁺引入了新的杂质能级,带隙减小。为了实现CdSe∶Nd纳米晶的可加工性和功能性,通过微乳法合成SiO₂壳包覆的CdSe∶Nd纳米球（CdSe∶Nd@SiO₂纳米球）,CdSe∶Nd@SiO₂纳米球呈均匀球形,直径约为100~115 nm,并且包壳后的CdSe∶Nd@SiO₂纳米球发射峰（581 nm）与CdSe∶Nd纳米晶（598 nm）相比,发光强度提高且发射峰蓝移,蓝移约为17 nm,可能是因为SiO₂壳可以减少纳米晶表面的非辐射跃迁以及改善表面缺陷导致的。     

Fe掺杂ZnO纳米球的光学特性

采用微乳液法制备了Fe掺杂ZnO纳米球材料(Zn1-xFexO,x=0.1),利用XRD和TEM对制备样品的结构、形貌进行了表征。在室温下,测得材料宽化的吸收光谱。用325nm的激光激发,测量了ZnO纳米球的光致发光光谱,低强度激发时观察到半峰全宽较窄、峰值波长为385nm的紫光峰和半峰全宽较宽、峰值波长约625nm的深能级发光峰;两峰的发光强度和峰位随着激发光功率密度的变化而变化,但变化规律不同。所合成材料的吸收和发光性质与Fe掺杂相关。     

PLD方法制备的ZnO纳米柱结构及光学特性

采用无催化脉冲激光沉积(PLD)方法,在InP(100)衬底上生长纳米ZnO柱状结构。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)以及光致发光(PL)谱等表征手段对ZnO纳米柱的形貌、晶体结构和光学特性进行了观察。SEM图像观察到ZnO纳米柱状结构具有一定的取向性;XRD测试在2θ=34.10°处观测到强的ZnO(002)衍射峰,证实ZnO纳米柱具有较好的c轴择优取向;室温PL谱在379nm处观察到了强的自由激子发射峰(半峰全宽为19nm),未探测到深能级跃迁发射峰,表明生长的纳米ZnO结构具有很高的光学质量。     

RF溅射钕掺杂ZnO薄膜的结构与发光特性

通过射频磁控溅射技术在Si(111)衬底上制备了未掺杂ZnO薄膜和Nd掺杂ZnO薄膜。应用XRD分析了ZnO:Nd薄膜的晶格结构,通过AFM观察了ZnO:Nd薄膜的表面形貌。结果表明,Nd掺入了ZnO晶格中,由于Nd原子半径大于Zn原子半径,Nd以替位原子的形式存在于ZnO晶格中。ZnO:Nd薄膜为纳米多晶薄膜,表面形貌粗糙。ZnO:Nd薄膜的室温光致发光谱表明,相同条件下制备的未掺杂ZnO薄膜和Nd掺杂ZnO薄膜都出现了395nm的强紫光带和495nm的弱绿光带。我们认为,紫光发射峰窄而锐且强度远大于绿光峰,源于薄膜中激子复合;绿光峰强度较弱,源于薄膜中的氧空位(VO)及氧反位锌缺陷(OZn)。Nd掺杂没有影响ZnO:Nd薄膜的PL谱的发射峰的峰位。由于Nd3 离子电荷数与Zn2 离子电荷数不相等,为了保持ZnO薄膜的电中性,间隙锌(VZn)可以作为Nd替位补偿性的受主杂质而存在,影响ZnO薄膜的激子浓度。同时,Nd掺入使ZnO的晶格畸变缺陷浓度改变增强,因而发射峰的强度随Nd掺杂浓度不同而变化。     

硅中稀土掺杂层的光致发光研究及其关键问题

利用离子注入技术,对稀土掺杂到半导体单晶硅中的光致发光行为进行了研究。室温下得到了La,Ce和Nd稀土掺杂层的蓝紫色光致发光光谱,并首次观测到硅中稀土掺杂层室温下的光致上转换发光现象。光致发光强度随着稀土掺杂量的增加和热处理温度的上升急剧增强。在紫外光激发下,发光强度随着激发光波长的减小而增大;在光致上转换过程中,发光强度随着激发波长的增加而上升。这表明光致发光强度与稀土元素的掺杂量、掺杂层的结构与热处理温度有密切的关系。文章对在室温下这些稀土掺杂层的光致发光行为进行了分析,并提出了硅中稀土掺杂层光致发光行为研究今后需要重点解决的几个主要问题。     

用GGA+U法研究稀土掺杂对ZnO电子结构磁性和光学性质的影响

基于自旋密度泛函理论框架下的广义梯度近似平面波模守恒赝势方法,确定了准确计算Zn_(16)O_(16)超晶胞各原子对应的U值;通过计算形成能和化学键的布局分析了掺杂结构的稳定性;通过原子电荷布局和自旋电子态密度的计算分析了掺杂结构的能带结构和磁性状态;讨论了各稀土原子掺杂对ZnO吸收光谱的影响.结果表明:稀土元素的引入使晶格膨胀,Zn-O键最长键增大而最小键减小,导致氧四面体畸变;Y/La/Ce掺杂的ZnO具有亚铁磁性,Th掺杂ZnO则呈弱铁磁性,Ac掺杂ZnO为顺磁体;稀土元素使ZnO的价带和导带下移,费米能级进入导带,增强了体系的电导率;Y/La/Ac掺杂对ZnO带隙宽度的影响较小,吸收光谱略微蓝移,而Ce/Th掺杂则有效提升了ZnO对可见光的吸收.     

Rare Earth Photoluminescence in Bismuth-Germanate Crystals

In the present work, the photoluminescence (PL) spectra of bismuth germanate (BGO) doped with trivalent rare earth element (REE) ions with different doping concentrations (0.03 wt% Eu, 0.4 wt% Tm, and 1.1 wt% Nd) are reported in the temperature range from 10 to 300 K using different detectors, namely, photomultiplier tube (PMT), InGaAs (IGA), and Si. The luminescence in the NIR region was also measured at room temperature. Two broad emission bands attributed to undoped BGO were found at circa 1350 and 1800 nm, respectively. The broad-band emissions are replaced by narrow-band line emissions defined by the trivalent rare earth dopants. The emission spectra from rare earth ion–doped BGO extend from 500 to 2000 nm. Rare earth ions act as the dominant recombination centers and define the emission spectra. This is interpreted as resulting from direct charge transfer from intrinsic defect traps to rare earth recombination centers. The temperature-dependent luminescence of BGO doped with 0.4 wt% Tm is also presented.     

ZnO可见区发光机理研究进展

近年来,科研工作者对ZnO纳米材料研究产生了浓厚的兴趣。ZnO是一种具有宽带隙(3.37 eV)和较大的激子束缚能(60 meV)的六方纤锌矿结构半导体材料。它具有优异的光电、压电、压敏及发光等特性,在发光(激光)二极管、传感器、发光器件、紫外探测器等领域都有非常好的应用前景。至今,有很多非常成熟的实验方法(包括静电纺丝、水热法、溶胶-水热法、化学气相沉积法、旋涂法及电化学沉积法等)用来合成ZnO纳米材料,如纳米线、纳米棒、纳米盘及量子点等。氧化锌纳米结构的制备和性质已得到了广泛的研究,ZnO的可见发光机理一直是研究的热点,但很少有人对可见光范围内的光致发光进行总结。光致发光光谱能反映一些重要信息,如表面缺陷和氧空位、半导体材料的表面状态、光诱导电荷转移过程等。有学者认为ZnO的发光机理与其晶体缺陷有关,还有研究者认为其发光机理与氧空位有关等。通过量子限域效应、带边调制、表面修饰方法、缺陷调控方法等方面综述了ZnO可见区发光机理。     

Tm3+/Yb3+共掺杂玻璃和玻璃陶瓷中蓝色 上转换发光中的能量传递过程

利用高温固相法制备了Tm³⁺/Yb³⁺共掺杂的氟氧化物玻璃和玻璃陶瓷材料,在980 nm的激光激发下,样品发射出明亮的蓝色上转换荧光。通过对玻璃和玻璃陶瓷样品的对比,发现Tm³⁺离子和Yb³⁺离子之间存在着Tm³⁺(³H₄)→Yb³⁺(²F_5/2)的反向能量传输通道,并且与晶场有较强的依赖关系。分析了在玻璃和玻璃陶瓷中蓝色上转换发光过程,随着敏化剂Yb³⁺浓度的增加,在玻璃中正向和反向能量传递的竞争作用使得Tm³⁺离子在Yb³⁺离子的最佳浓度时上转换发光最强;而在玻璃陶瓷中, Tm³⁺离子的上转换发光始终随着Yb³⁺离子的浓度增加而增强。     

Some optical properties of rare earth (Dy,Nd and Sm) activated ZnO phosphors

Some rare earth (Dy, Nd and Sm) doped ZnO electroluminors have been prepared in vacuum (1 torr) and their photo (PL) and electroluminescence (EL) spectra investigated at room temperature at different concentrations of rare earth (RE) ions. Compared to the spectra of undoped ZnO, these spectra consist of the same bands shifted either towards low or high energy side and the intensity of high energy band is decreased while that of low energy band is enhanced. In any case no additional band or line was observed. The experimental results have been explained on the basis of donor-acceptor pair model of recombination process where donor levels are due to RE ions and the acceptors are the luminescent centres of undoped ZnO electroluminors. The mechanism of excitation is of acceleration-collision type.     

Eu2+掺杂硼硅酸镁玻璃的发光性能

利用高温固相法合成了Eu2+掺杂的新型蓝色硼硅酸盐发光玻璃,讨论了不同掺杂浓度下硼硅酸镁玻璃体系中Eu-O键共价性的变化以及氧原子周围不同配位环境对MgO-SiO2-B2O3玻璃发光性能的影响.利用X射线衍射仪和荧光光谱仪对该玻璃体系进行了结构表征和性能测试.在紫外-可见光激发下,Eu2+掺杂硼硅酸镁玻璃的荧光发射光谱...     

第二配体对Sm(DBM)3掺杂的PMMA样品发光的影响

分别使用phen（1,10-邻菲咯啉）、TOPO（三正辛基氧化磷）、TPPO（三苯基氧化磷）作为第二配体与Sm（DBM）3（DBM：二苯甲酰甲烷）相互作用,合成了相应的配合物,然后分别将其掺入MMA中,进行聚合得到了固体样品。测量了不同第二配体样品及无第二配体样品的激发和发射光谱,对谱峰做了指认。发射谱中主要发射峰均为Sm^3＋的特征发射,有机配体的发光带很弱,说明从有机配体到稀土发光中心的能量传递非常有效。监测Sm^3＋离子644nm发射峰（^4G5/2→^6H9/2）测量了样品的激发光谱。结果显示,第二配体的加入改变了有机配体的能级结构,激发边出现明显的移动,同时紫外区的激发效率发生了变化,对发光产生了显著的影响。还测量了上述样品中Sm^3＋的^4G5/2能级的发光衰减曲线,拟合出该能级的跃迁寿命,针对不同第二配体的情况进行了比较分析。实验结果表明,第二配体的共轭性和化学键匹配对发光强度影响很大,在我们的结果中,第二配体为TPPO时发光效率最高。