下转换材料β-NaYF4:Tb3+,Yb3+的水热法合成和发光性质研究

利用水热法合成了粉末发光材NaYF4∶Tb3+,Yb3+。分别用X射线衍射(XRD),光致发光谱(PL)和激发谱(PLE)测试了合成材料的物相结构和发光性质。研究结果表明:合成的NaYF4∶Tb3+,Yb3+材料为六方相的晶体,无立方相的。改变Tb3+和Yb3+的掺杂浓度后晶格结构没有变化,说明离子Tb3+和Yb3+取代的是Y3+离子的晶格位置。在355nm脉冲激光激发下,检测到了Tb3+的5 D3→7 FJ(J=5-0)和5 D4→7 FJ(J=6,5,4,3)可见波段特征发射光和Yb3+950～1 050nm(2 F5/2→2 F7/2)的近红外发光,研究了可见和近红外的发射强度随Yb3+掺杂浓度的变化,表明Tb3+和Yb3+之间存在能量传递,其可能的能量传递方式是共合作能量传递过程。当Tb3+和Yb3+的掺杂摩尔浓度分别是1mol%和6mol%时具有最强的近红外发射。     

共沉淀法制备NaYF_4∶Tm~(3+),Yb~(3+)的上转换发光

通过共沉淀法制备Tm3+和Yb3+掺杂的NaYF4上转换发光材料。其中Tm3+和Yb3+的摩尔分数分别为0.01%,0.1%。在室温下测试了NaYF4∶Tm3+,Yb3+材料在300～1 100 nm的吸收光谱。利用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)测试了合成材料的物相结构和微观形貌。结果表明:NaYF4∶Tm3+,Yb3+材料为六方相晶体,其颗粒大小约为50～60 nm,产物结晶良好,含有少量杂相。在798 nm近红外光激发下,测试了样品的上转换发光光谱。观察到了蓝、绿色上转换发光。讨论了上转换发光的可能机理,蓝光主要来源于Tm3+的激发态1G4到基态3H6的跃迁,绿光来源于Tm3+的1D2→3H5跃迁。     

Na2SrSiO4∶Ce3+,Tb3+,Yb3+的制备及近红外量子剪裁发光性质

采用高温固相法制备了新型Na2SrSiO4∶Ce3+,Tb3+,Yb3+的近红外发光材料.对样品可见和近红外激发光谱、发射光谱及荧光寿命的研究表明,Na2SrSiO4∶Ce3+,Tb3+,Yb3+中存在高效的Tb3+→Yb3+的量子剪裁下转换效应,下转换量子效率约为182.4％.Ce3+的共掺大大提高了样品的紫外光吸收,显著敏化了样品的近红外发光效率.研究了Ce3+,Tb3+和Yb3+掺入量对其发光性质的影响.结果表明,当Ce3+的浓度为2％,Tb3+的浓度为13％和Yb3+的浓度为16％时,样品的近红外发光最强.     

NaYF4:Eu3+,Tm3+,Yb3+材料中Stokes和反Stokes发光研究

合成了Eu3+,Tm3+和Yb3+掺杂的NaYF4材料.360 nm光激发呈蓝色发光,峰值位于452 nm,对应Tm3+的1D2→3F4跃迁;395 nm光激发旱橙色发光,峰值位于591 nm,对应Eu3+的5D0→7F1跃迁;409 nml光激发呈红色发光,峰值位于613 nm,对应Eu3+的5D0→7F2跃迁;980 nm光激发呈蓝色和红色发光,发光峰位于474和646 nm.蓝光来源Tm3+的1G4→3H6跃迁,红光来源Tm3+的1G4→3F4跃迁.在双对数曲线中,蓝光474 nm和红光646 nm的斜率分别为2.1和2.4,在980 nm光激发下,蓝光和红光发射都是双光子过程.还研究了材料的吸收光谱,并利用X射线衍射,扫描电镜测试了材料的物相结构和微观彤貌.结果表明:NaYF4:Eu3+,Tm3+,Yb3+材料具有较规则的六方相结构,结品良好.     

氨基磷酸辅助的水热合成NaYF4:Yb3+,Er3+纳米晶及其上转换发光

以氨基磷酸为螯合剂,通过共沉淀与水热法相结合,成功地制备出NaYF4:Yb3+,Er3+纳米晶.研究结果表明:水热前后NaYF4:Yb3+,Er3+纳米晶均为立方相结构,其颗粒大小约为80nm.在980 nm近红外光激发下,实现了样品的上转换发光.样品的上转换绿红光发射带归因于Er3+的2H11/2,4S3/2→4 I...     

反应物浓度对NaYF4∶yb3+,Tm3+晶相的影响

利用水热法,制备了具有不同形貌的NaYF4:20％ Yb3+,1％Tm3+上转换发光粒子.利用扫描电子显微镜、X射线衍射分析、发光光谱测量等手段对样品进行了形貌、晶相和发光性质的表征.结果表明,通过调控反应物的浓度,可以实现NaYF4基质从立方相到六角相的晶相转变.在980 nm红外光的激发下,六角相的NaYF4∶ 2...     

NaYF4∶Yb3+,Er3+上转换荧光纳米体系的红光来源

对NaYF4∶Yb3+,Er3+纳米材料的发光强度与激发光功率的依赖关系进行了研究,分析了NaYF4∶Yb3+,Er3+裸核纳米体系及其核包壳纳米体系的上转换红光真实来源.结果表明:核包壳的纳米体系完全不同于裸核纳米体系,交叉弛豫对于NaYF4∶ Yb3+,Er3+纳米体系的上转换红光发射起主导作用,而多声子弛豫过程几乎可以忽略.这个结果对于提高上转换发光纳米材料的上转换效率、调控各发光带之间的相对强度和实现上转换发光的单色性具有重要的指导意义.     

Yb3+掺杂对Er3+:NaYF4上转换发光的调制作用

采用溶胶-凝胶(Sol-gel)法制备了2 mol％ Er3+、0,20和80 mol％ Yb3+共掺杂NaYF4上转换发光粉末.Er3+:NaYF4为α-NaYF4相和β-NaYF4相的混合结构,Yb3+共掺杂促进了β相到a相的转变.在976 nm半导体激光器(LD)激发下获得了对应于Er3+的2 H11/2/4 S...     

氨基磷酸辅助的水热合成NaYF4:Yb3+,Er3+纳米晶及其上转换发光

以氨基磷酸为螯合剂,通过共沉淀与水热法相结合,成功地制备出NaYF4:Yb3+,Er3+纳米晶.研究结果表明:水热前后NaYF4:Yb3+,Er3+纳米晶均为立方相结构,其颗粒大小约为80nm.在980 nm近红外光激发下,实现了样品的上转换发光.样品的上转换绿红光发射带归因于Er3+的2H11/2,4S3/2→4 I15/2和4F9/2 →4I15/2能级的跃迁.水热处理后的样品的上转换发光强度与水热处理前相比有了很大的增强.水热处理后,样品表面的有机配体的减少和样品结晶度的提高是样品上转换发光显著增强的主要原因.     

Tb3+、Yb3+共掺BaGd2ZnO5荧光粉的制备及其近红外量子剪裁研究

采用高温固相法合成了Tb3+、Yb3+共掺杂的BaGd2ZnO5荧光粉。XRD测量数据表明合成的样品为纯相。在Tb3+特征激发(297 nm)下得到了Yb3+的特征发射(977 nm),并且对Tb3+与Yb3+能级图进行分析,证明Tb3+到Yb3+为合作能量传递。测量了不同Yb3+浓度下Tb3+的5D4能级(544 nm)的发光寿命曲线,计算得到Tb3+与Yb3+的能量传递效率和量子效率,最高量子效率为125.5%。Yb3+的发射与硅太阳能电池的吸收匹配,该材料有可能应用于硅太阳能电池以提高其转换效率。     

双掺Eu3+ 和Tb3+ 的下转换β-NaYF4的合成与发光性能

采用高温溶剂热法合成了下转换发光材料NaYF₄∶Eu³⁺ 和NaYF₄∶Eu³⁺,Tb³⁺ ,采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)、激发(PLE)谱和光致发光(PL)谱对材料的物相结构、形貌特征和发光性质进行了表征和研究,并分析了其发光原理。结果表明:所合成的NaYF₄∶Eu³⁺ 和NaYF₄∶Eu³⁺,Tb³⁺ 为纯六方相晶体,尺寸在100 nm左右;改变Eu³⁺ 和Tb³⁺ 的掺杂浓度后晶格结构没有发生明显变化,说明Eu³⁺ 和Tb³⁺ 取代的是Y³⁺的晶格位置;在394 nm光的激发下,检测到Eu³⁺ 在⁵D₀→⁷F₁ 和⁵D₀→⁷F₂跃迁处的特征发射光,并且可见光强度随着Eu³⁺ 离子掺杂浓度的变化而变化。另外Tb³⁺ 离子浓度对NaYF₄∶Eu³⁺ 晶体结构产生了一定的影响,说明掺杂Tb³⁺ 离子改变了Eu³⁺ 离子所处的配位环境,导致红色发光带增强,而这主要源于电偶极子跃迁的贡献。     

Eu~(3+)/Yb~(3+)共掺杂ZrO_2粉末的制备和发光性质研究

利用共沉淀方法制备了Eu3+/Yb3+单掺和共掺的ZrO2粉体材料,研究了煅烧温度和掺杂浓度对结构和发光性质的影响。XRD结果表明:所制备单掺样品含有单斜相和四方相2种不同结构,随着热处理温度的升高,四方相向单斜相转变,经1 150℃处理后,四方相消失,呈现单一的单斜相;Yb3+离子的掺入有稳定ZrO2四方相的作用,随着掺杂浓度的增加,单斜相转变为四方相。由于晶相的不同,Eu3+处在四方相和单斜相2种发光中心,二者发光性质不同。Eu3+/Yb3+共掺后,在270 nm激发Eu3+时,观测到了Yb3+在近红外波段(980 nm)的发光,同时证实Eu3+的激发光谱和Yb3+的激发光谱相一致,表明存在Eu3+到Yb3+的能量传递,交叉弛豫和共合作能量传递过程是其可能的能量传递机理。     

Sr_3Al_2O_6∶Tb~(3+),Yb~(3+)荧光粉的近红外量子剪裁效应

硅材料带隙与太阳光子光谱的失配导致了比较严重的光子损失,大大降低了硅太阳能电池的效率。为了减少入射光子的损失,可以利用具有近红外量子剪裁效应的光谱转换材料来提高硅太阳能电池的效率。本研究采用溶胶凝胶法制备了Sr_3Al_2O_6∶Tb~(3+),Yb~(3+)荧光粉,并研究了其近红外量子剪裁效应。实验结果表明:在320 nm的紫外光激发下,Sr_3Al_2O_6∶Tb~(3+),Yb~(3+)荧光粉发射出Tb~(3+):5D4→~7F_j的可见光;另外,由于Tb~(3+)、Yb~(3+)离子之间的合作能量传递,得到了Yb~(3+):~7F_(5/2)→7F7/2的近红外发光。荧光寿命衰减证明Tb~(3+)到Yb~(3+)之间的确存在合作能量传递,而且存在量子剪裁效应,其中,能量传递效率为35.9%,量子剪裁效率为135.9%。由于Yb~(3+)的发射光谱与硅太阳能电池的吸收匹配,Sr_3Al_2O_6∶Tb~(3+),Yb~(3+)荧光粉有可能作为潜在的光谱转换材料应用于硅太阳能电池以提高其光电转换效率。     

紫外激发Ba_2SiO_4∶Gd~(3+),Tb~(3+)的发光性能

采用高温固相法合成了可被紫外光激发的Ba_2SiO_4∶Gd~(3+),Tb~(3+)荧光粉。考察了激活离子掺杂量等因素对发光性能的影响。通过X射线衍射(XRD)、荧光(FL)光谱和荧光寿命曲线对所合成样品的结构和发光性能进行表征,研究了Gd~(3+)和Tb~(3+)的特征吸收波长激发Ba_2SiO_4∶Gd~(3+),Tb~(3+)的发光性能。在275 nm(Gd~(3+):8S7/2→6IJ)激发下,检测到了Tb~(3+)的特征发射。通过对比不同Tb~(3+)掺杂量下Gd~(3+):~6P_(7/2)能级的衰减曲线,发现随着Tb~(3+)掺杂浓度的增加,该能级的荧光寿命不断缩短,表明样品中存在Gd~(3+)→Tb~(3+)的能量传递,传递方式为无辐射共振能量传递。在244 nm(Tb~(3+):4f~8→4f~75d~1)激发下,Gd~(3+)的掺入使得Tb~(3+)的~5D_3能级的发射逐渐减弱,5D4能级的发射增强。Gd~(3+)的掺入使得544 nm(~5D_4→~7F_5)处的特征发射增强了59%~128%,结合荧光衰减曲线得出Gd~(3+)的掺入对Tb~(3+)能级中~5D_3→~5D_4与~7F_6→~7F_0交叉驰豫有促进作用。     

Tb~(3+)和Ce~(3+)在Sr_7Zr(PO_4)_6基质中能量传递及发光特性研究

用高温固相法制备了Sr_7Zr(PO_4)_6∶Tb~(3+)、Sr_7Zr(PO_4)_6∶Ce~(3+)及Sr_7Zr(PO_4)_6∶Tb~(3+),Ce~(3+)一系列荧光粉,并通过X射线衍射仪及荧光光谱仪分析了其结构和发光性质。结果表明,Sr_7Zr(PO_4)_6∶Tb~(3+)呈现特征绿色发射,最强发射峰位于543 nm,属于Tb~(3+)的5D4→7F5跃迁,激发峰位于226 nm处,但激发带较窄。为拓宽其激发带的宽度,在Sr_7Zr(PO_4)_6∶Tb~(3+)中掺入了Ce~(3+),观察到掺入Ce~(3+)后激发带变宽,且在Ce~(3+)的激发波长处激发得到了Tb~(3+)的发射,表明存在Ce~(3+)到Tb~(3+)的能量传递。     

NaYF4∶Eu3+, Tm3+, Yb3+材料中Stokes和反Stokes发光研究

合成了Eu3+,Tm3+和Yb3+掺杂的NaYF₄材料。360 nm光激发呈蓝色发光,峰值位于452 nm,对应Tm3+的1D₂→3F₄跃迁;395 nm光激发呈橙色发光,峰值位于591 nm,对应Eu3+的5D₀→7F₁跃迁;409 nm光激发呈红色发光,峰值位于613 nm,对应Eu3+的5D₀→7F₂跃迁;980 nm光激发呈蓝色和红色发光,发光峰位于474和646 nm。蓝光来源Tm3+的1G₄ →3H₆跃迁,红光来源Tm3+的1G₄→3F₄跃迁。在双对数曲线中,蓝光474 nm和红光646 nm的斜率分别为2.1和2.4,在980 nm光激发下,蓝光和红光发射都是双光子过程。还研究了材料的吸收光谱,并利用X射线衍射,扫描电镜测试了材料的物相结构和微观形貌。结果表明：NaYF₄∶Eu3+, Tm3+, Yb3+材料具有较规则的六方相结构,结晶良好。     

Na2GdPO4F2:Tb3+绿色荧光粉阴极射线发光研究

通过高温固相法制备Na2GdPO4F2:Tb3+绿色荧光粉,并利用X射线粉末衍射(XRD)和阴极射线光谱分别对其物相、阴极射线发光性能进行研究.结果表明,Tb3+作为绿色发光中心进入到Na2Gd2PO4F2的晶格中取代Gd3+的格位,在低电子束(0.5～5 kV)激发下主要表现出Tb3+的特征跃迁(5D3.4→7FJ,J=6～2),其中以5D4→7F5跃迁(546 nn)为主.样品Na2Gd0.95Tb0.05PO4F2在阴极射线激发下的色坐标为(0.240 3,0.438 6).随着电压、电流和掺杂量的增加,荧光粉的发光强度逐渐提高,其中,最佳的样品为Na2Gd0.9Tb0.1PO4F2.     

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.     

Ce~(3+)-Yb~(3+)共掺YAG荧光粉量子剪裁发光的浓度及温度特性

采用高温固相法制备了不同掺杂浓度的YAG∶1%Ce~(3+),x%Yb~(3+)(x=5,10,15,20,25)系列荧光粉。在450 nm蓝光激发下,测试了样品的发射光谱,得到了中心波长在550 nm的可见宽带发射(Ce~(3+):5d→4f)和1 030 nm的近红外发射(Yb~(3+):2F_(5/2)→2F_(7/2))。可见和近红外发射强度随Yb~(3+)掺杂浓度的变化表明Ce~(3+)到Yb~(3+)存在能量传递过程,并得到Yb~(3+)的猝灭浓度为15%。在低温条件下(80~300 K)测试YAG∶1%Ce~(3+),15%Yb~(3+)样品的发射光谱和拉曼光谱,通过对其量子剪裁发光温度特性的分析,描述了基质声子在Ce~(3+)到Yb~(3+)的能量传递过程中起到的重要作用。     

Ce~(3+)、Tb~(3+)在SrZnP_2O_7材料中的发光及能量传递

采用高温固相法制备了Ce3+、Tb3+激活的SrZnP2O7材料,并研究了材料的发光性质。在290 nm紫外光激发下,SrZnP2O7∶Ce3+材料的发射光谱为双峰宽谱,主峰位于329 nm。SrZnP2O7∶Tb3+材料的发射光谱由420,443,491,545,587,625 nm六个峰组成,分别对应Tb3+的5D3→7F5、5D3→7F4、5D4→7F6、5D4→7F5、5D4→7F4和5D4→7F3特征发射;监测545 nm最强发射峰,所得激发光谱覆盖200~400 nm,主峰为380 nm。研究了Ce3+、Tb3+在SrZnP2O7材料中的能量传递过程,发现,Ce3+对Tb3+具有很强的敏化作用,提高了SrZnP2O7∶Tb3+材料的发射强度,当Ce3+摩尔分数为3%时,SrZnP2O7∶Tb3+材料的发射强度提高了近2倍。引入电荷补偿剂可提高SrZnP2O7∶Tb3+材料的发射强度,其中以掺入Li+和Cl-时效果最明显。