Gd3+掺杂对NaYF4:Yb3+,Tm3+/Er3+ 纳米材料上转换荧光性能的影响

利用温和的溶剂热方法合成了具有上转换发光性能的Yb³⁺-Tm³⁺和Yb³⁺-Er³⁺共掺的纳米NaYGdF₄。在该体系中,通过调节Gd³⁺在基质中的掺杂量可以有效地控制产物的相变、尺寸以及上转换荧光性能。XRD和TEM分析结果表明,Gd³⁺的掺入在促进NaYF₄纳米颗粒由立方相到六方相转变的同时有助于减小其尺寸。上转换光谱研究表明,在Yb³⁺-Tm³⁺和Yb³⁺-Er³⁺共掺体系中,可通过优化Gd³⁺的掺杂量来有效提高产物的上转换荧光强度。同时,通过研究Tm³⁺和Er³⁺在不同可见光波段的发光强度与泵浦功率的关系探讨了上转换发光的机制。     

掺Gd3+的LiYF4∶Yb3+/Ho3+微米晶体制备以及在防伪中的应用研究

研究一种具有良好上转换发光性能的稀土掺杂发光材料,对于防伪技术领域具有非常重要的意义。为了改善LiYF₄∶Yb3+/Ho3+微米晶体的上转换发光性能,采用水热合成法成功制备了一系列Gd3+掺杂的LiYF₄∶Yb3+/Ho3+微米晶体,并采用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对样品的相纯度和晶体形貌尺寸进行表征;在980 nm激光激发下,通过荧光光谱测试对LiGd_xY_1-xF₄∶Yb3+/Ho3+微米晶体的上转换发光性能进行分析。首先,研究了LiGd_xY_1-xF₄∶Yb3+/Ho3+微米晶体的晶体结构、尺寸、形貌和上转换发光性能的影响。结果显示,LiGd_xY_1-xF₄∶Yb3+/Ho3+微米晶体样品的XRD衍射峰与四方相的LiYF₄标准卡（PDF#17-0874）特征峰的位置完全对应且没有其他杂峰,SEM实验结果显示晶体形貌为八面体形状,表明成功合成了纯四方相的LiGd_xY_1-xF₄∶Yb3+/Ho3+微米晶体;荧光光谱测试结果显示,样品的上转换发光强度随着Gd3+掺杂比例的升高呈现出先增强后减弱的趋势,并且在Gd3+掺杂浓度为30 mol%时达到最强。其次,进一步研究了Gd3+掺杂浓度30 mol%样品的上转换发光性能与激发功率之间的关系,激发功率为0.5~1.5 W。LiGd_0.3Y_0.49F₄∶Yb3+/Ho3+微米晶体的红色和绿色上转换发光强度之比(R/G)随着激发功率的增加只发生大约12%的变化,样品的上转换发光并没有因为激发功率的增加而发生明显的变色,仍然可以发出稳定明亮的绿色光。这一现象表明,Gd3+的掺入很好地改善了样品的上转换发光性能,这种稳定高效的发光性能保证了其良好的防伪性能。最后,将Gd3+掺杂浓度为30 mol%的LiYF₄∶Yb3+/Ho3+微米晶体粉末与丝网金属油墨按照一定比例混合制成丝网防伪油墨,通过丝网印刷技术在玻璃基底上印制了“西安”字样的防伪标识图案,经过干燥处理后在980 nm激光的激发下,发出明亮且稳定的绿色可见光,制成的防伪标识图案具有发光强度高、易于识别、不易脱落的特点,可被广泛应用于防伪领域。     

Yb3+和Er3+共掺杂的Y2O3,Y2O2S和NaYS2粉末材料的上转换发光

在980 nm LED激光器激发下,研究了Yb3+-Er3+共掺杂的Y2O3,Y2O2S和NaYS2粉末材料的上转换发射特性。比较了Y2O3∶0.20 Yb3+,0.03Er3+和Y2O2S∶0.20 Yb3+,0.03Er3+以及NaYS2:0.20 Yb3+,0.03Er3+粉末样品的上转换发光光谱,探讨了Er3+上转换发射对基质的依赖性,分析了S2--Yb3+和S2--Er3+电荷转移态对Yb3+-Er3+间能量传递和能级间跃迁几率的影响,借助于能级图解释了在不同基质中Yb3+-Er3+间的能量传递和Er3+的上转换发光机制。     

Gd~(3+),Tm~(3+)和Yb~(3+)掺杂的Y_2O_3微晶中Gd~(3+)离子的紫外上转换发光及其增强的研究

采用均相沉淀法制备了Y(OH)3微米颗粒,经1 100℃焙烧后制备出具有上转换发光性质的Yb3+-Tm3+-Gd3+共掺的Y2O3微米晶体,讨论了Yb3+-Tm3+-Gd3+在Y2O3中能量传递过程及壳层对发光强度的影响。980 nm近红外光激发下的上转换光谱表明,在Yb3+-Tm3+-Gd3+共掺Y2O3体系中,核-壳结构大幅提高了Gd3+离子和Tm3+离子的上转换发光强度,尤其是样品在紫外发光部分的增强相比于可见和红外光部分更为明显。同时,通过研究Tm3+和Gd3+在不同波段的发光强度与泵浦功率的关系探讨了氧化物中上转换发光的机制。     

Dy3+单掺和Er3+,Yb3+共掺氧氟微晶玻璃的发光性能

采用高温熔融法和热处理工艺制作了含有GdF3纳米晶的氧氟微晶玻璃。在386 nm激发下,Dy3+掺杂氧氟微晶玻璃的发光强度明显增强,且蓝光对黄光的发光强度比逐渐增大,表明Dy3+已进入到GdF3纳米晶中。在980 nm激光器泵浦下,Er3+,Yb3+共掺氧氟微晶玻璃的上转换发光随着热处理温度的升高明显增强,Er3+的上转换发光出现明显的Stark分裂现象,这亦说明Er3+已进入到GdF3纳米晶相中。通过研究上转换发光强度与泵浦功率的关系,确定绿光上转换发光为双光子过程。     

纳米NaYb1-xF4:Er3+x中Er3+/Yb3+掺杂浓度变化引起的相变和发光增强

在Yb3+和Er3+共掺杂氟化物纳米体系中,2％Er3+掺杂浓度为上转换发光的最佳浓度,高于这个浓度,随着Er3+掺杂浓度的增加,将发生严重上转换发光浓度猝灭,已为人们广泛认知和接受.本文合成了不同Er3+/Yb3+掺杂浓度比的NaYb1-x F4:Er3+x系列上转换发光纳米粒子.通过扫描电镜、XRD和荧光光谱等分析...     

LaF3:Yb3+/Tm3+纳米棒的制备与上转换发光

在乙醇-油酸混合体系中,以溶剂热方法成功制备了Yb3+/Tm3+离子双掺杂的LaF3发光纳米棒。XRD表征结果表明所合成的材料为LaF3:Yb3+/Tm3+(JCPDS卡号:72-1435),SEM扫描结果表明LaF3纳米棒的尺寸大约为0.1μm,室温下以980nm红外半导体激光器激发,纳米晶在可见光区(700nm)和近红外区(804nm)有较强上转换发光。通过发光机理的讨论,本文中纳米晶强的近红外和红色上转换发光分别是双光子及三光子反斯托克斯(Anti-stokes)发光。     

Er3+,Yb3+共掺杂NaGd（MoO4）2荧光粉的发光特性

采用高温固相法制备了Er3+,Yb3+共掺杂的NaGd(MoO4)2荧光粉,通过X射线衍射对样品的物相结构进行了分析,采用荧光光谱手段对样品的下转换发光特性和上转换发光特性进行了研究。通过对激发、发射光谱的分析,发现基质到Er3+存在有效的能量传递。通过对样品上转换发光光谱的分析,发现在不同Yb3+掺杂浓度样品中,红光和绿光上转换发光均为双光子过程,并对样品上转换发光强度与LD泵浦电流和掺杂离子浓度的关系进行了讨论。     

Tm3+/Yb3+共掺碲酸盐玻璃的近红外发光及能量传递机理

采用高温熔融法制备了组分为TeO2-ZnO-Na2O的Tm3+离子单掺和Tm3+/Yb3+共掺碲酸盐玻璃,应用Judd-Ofelt理论计算分析了玻璃样品的强度参量Ωt(t=2,4,6),自发辐射跃迁几率A,荧光分支比β和荧光辐射寿命τrad等光谱参量,测量得到了不同Yb3+离子掺杂浓度下玻璃样品的Tm3+离子上转换发光谱.结果显示,在980nm泵浦光激励下玻璃样品发射出强烈的近红外上转换荧光.对Tm3+离子上转换发光分析表明,强烈的Tm3+离子近红外上转换发光主要来自于Yb3+/Yb3+离子间的共振能量传递以及基于单声子和双声子辅助的Yb3+/Tm3+离子间的非共振能量传递过程,并进一步计算得到了声子贡献比和能量传递系数.最后,计算分析了Tm3+∶3 F4→3 H6能级间跃迁的1.8μm波段吸收截面、受激发射截面和增益系数.研究表明,Yb3+/Tm3+共掺TeO2-ZnO-Na2O玻璃可以作为近红外波段固体激光器的潜在增益基质.     

纳米YAG∶Ce3+, Mn+(Mn+=Ca2+, Gd3+)荧光粉的结构与发光性能

当前商用白光LED器件中YAG∶Ce3+荧光粉的单一黄光发射,导致其缺乏红光限制了器件的应用和发展,在YAG∶Ce3+中掺杂其他离子是解决该问题的有效途径之一。采用溶胶凝胶法制备了系列单掺Ce3+,Ca2+和Gd3+的YAG纳米荧光粉。研究了离子掺杂量对荧光粉的物相、结构、形貌、粒度、发光性能及量子效率的影响,分析了发光机理。结果表明：制备的纳米荧光粉粒径为100～200 nm。Ce3+和Gd3+掺杂时均得到YAG纯相,但晶体结构膨胀,晶面衍射峰向小角度方向移动。样品结晶度随Ce3+和Ca2+(<0.025 mol)掺杂量增大变化不明显,随Gd3+则呈现逐步降低趋势。三种离子掺杂量增大时,Ce3+的晶格能上升,5d能级晶体场劈裂加剧;Gd系列荧光粉激发和发射光谱随掺杂量的增大发生红移,Ce和Ca系列则因掺杂量小表现不明显。荧光粉发光强度随Ce3+掺杂量上升先增大后减小,最佳掺杂量为0.06 mol;随Gd3+掺杂量增加逐步降低;随Ca2+掺杂量增大则急剧下降,0.03 mol掺杂量时荧光强度几乎为零,YAG晶体结构破坏,生成YAM和YAP相。研究的开展,将对后续纳米YAG荧光粉及其相关功能材料的进一步开发使用提供一定的理论依据和实践参考。     

Er3+/Yb3+共掺KLaF4纳米晶的制备和上转换发光

用水热法成功制备了Er3+/Yb3+共掺不同浓度比的KLaF4纳米晶,并在300℃氩气气氛下退火。利用X射线衍射谱(XRD)、透射电子显微镜(TEM)对样品的晶体结构和形貌进行了表征。测量了样品漫反射谱、980 nm激发下的上转换发射光谱和2H11/2能级的荧光寿命。研究结果表明:制备得到的样品为六方相的纳米棒,退火后纳米棒平均直径为28 nm,长为130 nm;在Er3+浓度一定的情况下,提高Yb3+掺杂量有利于增强973 nm附近光的吸收;980 nm的近红外光可上转换为较强的绿光和红光,且红绿光强度和2H11/2能级的平均荧光寿命均会随着Yb3+掺杂浓度的增加而下降。     

Tm3+/Yb3+/Er3+共掺氟氧硅酸盐玻璃的上转换发光特性

利用熔融法制备了Tm3+/Yb3+/Er3+共掺氟氧硅酸盐玻璃.在980nm LD激发下,研究了Tm3+离子和Er3+离子之间的能量传递和Tm3+离子的上转换荧光,分析了Tm3+离子的上转换机理,发现蓝色上转换荧光是三光子过程对应于1 G4→3 H6的跃迁,而红色上转换荧光是双光子过程对应于1 G4→3 F4的跃迁.比较不同掺杂摩尔分数的样品的荧光强度,发现Tm3+离子的最佳掺杂摩尔分数为0.2%.     

Yb3+-Tm3+共掺钨钼酸盐纳米晶体的发光特性

以聚乙二醇为络合剂,采用水热法制备了发光性能优越的Yb3+-Tm3+共掺BaGd2(WO4)0.5(MoO4)0.5纳米晶体。改变稀土掺杂量并生产不同掺杂量的BaGd2(WO4)0.5(MoO4)0.5∶Yb3+/Tm3+。以X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及透射电子显微镜(TEM)对样品进行表征。结果表明,BaGd2(WO4)0.5-(MoO4)0.5∶Yb3+/Tm3+纳米晶属四方晶系,粒径在25~40nm之间,使用Hitachif-4500分光光度计分析样品,发现当Yb3+/Tm3+为4∶1、Yb3+离子浓度为6.0%时,BaGd2(WO4)0.5(MoO4)0.5∶Yb3+/Tm3+的发光效率最高。当Tm3+离子发生1G4→3H6跃迁时会产生可见光发射,对应于光谱图中475nm处的蓝光;当Tm3+离子发生1G4→3F4跃迁时产生的可见光发射,对应于光谱图中650nm处的红光。光谱图像及泵浦功率的双对数曲线表明,其中蓝光发射是三光子发射过程,红光发射是双光子发射过程。样品的量子产率接近0.9%。Yb3+-Tm3+共掺BaGd2(WO4)0.5(MoO4)0.5纳米晶体的发光性能优异,具有很高的应用价值。     

Er3+,Yb3+共掺Gd2WO6荧光粉的下转换温度效应

采用共沉淀法制备了Er3+,Yb3+共掺Gd2WO6荧光粉,通过对浓度猝灭曲线的分析表明Er3+间的相互作用类型为电偶极-电偶极相互作用。分析了样品荧光的温度效应并得到摩尔分数为5%和20%的Er3+掺杂样品的激活能ΔE分别为0.27和0.29 eV。利用Er3+的2H11/2和4S3/2能级跃迁至基态的荧光强度比随温度变化这一特性研究了两个不同Er3+掺杂浓度样品的下转换温度效应,结果表明该材料体系具有良好的温度传感特性。     

稀土离子掺杂的AlF3基氟化物玻璃

在800和970!nm LD激发下,分别研究了Er3+单掺和Yb3+,Tm3+共掺的AlF3基(AYF,AZF)玻璃中上转换发光、能量传递和浓度猝灭.在Er3+掺杂的AlF3基玻璃,随着Er3+掺杂量的增加,红光与绿光上转换发光强度比(Ired/Igreen)增加,这被认为与两个Er3+离子(一个在4I9/2态、另一个在4S3/2态)的交叉弛豫过程有关.在Tm3+-Yb3+共掺的AlF3基玻璃中,发现对于Tm3+的浓度猝灭,蓝光跃迁比近红外荧光跃迁表现更明显,研究还发现Yb3+-Tm3+共掺AYF和AZF玻璃存在Yb3+离子对上转换发光的猝灭现象,这被认为可能是Tm3+(3F4)→Yb(3F5/2)反向能量传递的结果.     

YPO4∶Ho3+,Yb3+,Tm3+微纳米管的合成及上转换白光发射

水热法合成了均匀管状Tm3+,Ho3+和Yb3+三掺的YPO4微纳米管,在波长为980nm的近红外光激发下能够发射出红绿蓝三条可见光谱带以及中心波长位于795nm的近红外发射带,从而实现上转换白光发射。通过TEM,XRD和荧光光谱等表征手段对合成的Tm3+,Ho3+和Yb3+三掺YPO4微纳米管进行了结构和性能分析,结果表明,合成的YPO4微纳米管为纯净六方相,水热反应温度对荧光材料的发射光谱有较明显的影响,然而对材料物相的影响却不大。在相同反应温度下,随着掺杂稀土离子浓度的升高,相应发射峰的强度并不是单调的增强,而是由于浓度猝灭和交叉弛豫等因素呈现非单调性的变化。探讨了可能的上转换发射机制。这种上转换发射强度可调控荧光材料在三维固体显示、上转换荧光照明以及荧光探测等领域有潜在的应用。     

Yb3+,Tm3+离子掺杂浓度对NaYF4：Yb3+,Tm3+发光光谱的影响

利用高温热溶剂法合成了不同Yb³⁺和Tm³⁺掺杂浓度的NaYF₄：Yb³⁺,Tm³⁺上转换发光纳米粒子。利用扫描电子显微镜、X射线衍射分析、荧光光谱对样品进行形貌和发光性质的表征。结果表明,不同Yb³⁺和Tm³⁺离子掺杂浓度对纳米粒子的上转换发光性质有很大影响。随着Tm³⁺离子浓度的提高,Tm³⁺离子之间的浓度猝灭和交叉弛豫效应对发光强度的影响愈来愈显著,导致纳米粒子的发光猝灭;同样,随着Yb³⁺浓度的提高,纳米粒子的发光强度也是先增大后减小,这是因为Yb³⁺离子浓度掺杂过高导致发光猝灭。     

Cr3+单掺杂及Eu3+/Cr3+共掺杂GdAlO3近红外长余辉发光纳米粒子的制备、微结构及光学特性

同时可作为磁共振成像造影剂与近红外余辉光学成像光学探针双功能的纳米粒子,在生物医学领域具有重要的应用价值。采用自蔓延燃烧法制备了不同掺杂浓度的GdAlO₃∶x%Cr3+及GdAlO₃∶1%Cr3+, y%Eu3+近红外长余辉发光纳米粒子。并采用X射线衍射、扫描电子显微镜、激发和发射光谱及发光动力学分析等技术手段,较系统地研究了其微结构及光学特性。实验结果表明,Cr3+取代了GdAlO₃中的Al3+的格位,单掺样品的平均粒子尺寸约为202 nm。GdAlO₃∶x%Cr3+样品的激发谱显示,激发峰来源于Cr3+和Gd3+的跃迁;在583 nm的激发下,在650～750 nm近红外范围内,出现四个近红外光发射峰。其中,725 nm处的发射峰归属为禁戒跃迁2E到4A₂的零声子线, 700和750 nm处的发射峰则为声子边带的发射。在0.2%～2.0%的掺杂浓度范围内,随着Cr3+掺杂浓度的增加,这些发射峰的强度先增强后减弱,最优浓度为1%。而位于735 nm处的发射峰强度随Cr3+浓度增大而增大,其归属于Cr3+-Cr3+对的发光。同时,单掺样品可观察到位于725 nm的长余辉发光,其中GdAlO₃∶1%Cr3+纳米粒子的余辉时间最长,并超过30 s。在上述Cr3+最优浓度（1%）基础上,通过Eu3+取代GdAlO₃基质中Gd3+的格位,实现了Eu3+/Cr3+共掺杂。实验发现,在266 nm激发下,在红光区域范围内可观察到以位于614 nm处的发射为主的一系列发射峰。尤其,由于存在Eu3+到Cr3+的能量传递,在近红外区出现了位于725 nm处Cr3+的近红外发射峰。当Eu3+浓度为13%时,与Cr3+单掺杂样品相比,其样品的平均粒子尺寸虽然减小到167 nm,但在275 nm紫外光照射5 min停止后,发现共掺样品在位于725 nm处Cr3+的余辉发光强度明显增强。通过比较分析单掺和共掺样品的吸收和发射光谱及发光动力学的结果,验证了由于Eu3+到Cr3+的持续能量传递可引起较显著地近红外余辉发光增强的结论。同时,该研究为设计新型的近红外长余辉发光纳米材料提供了新的思路。     

970nm抽运下Er3+/Yb3+/Tm3+共掺碲酸盐玻璃的发光特性

研究了Er3+/Yb3+共掺、Tm3+/Yb3+共掺、Er3+/Yb3+/Tm3+共掺碲酸盐玻璃在970nm抽运下的荧光光谱和上转换光谱性质，测试了Er3+离子的4I11/2和4I13/2能级荧光寿命变化情况.结果发现Er3+/Yb3+/Tm3+共掺碲酸盐玻璃的常规荧光谱线在1450—1700nm区域明显加宽，并在1630nm有一荧光峰，可能是Tm3+：1G4→3F2跃迁产生.上转换发光研究表明，由于碲酸盐玻璃声子能量低的缘故，三种共掺系统下都存在上转换发光现象.在Er3+/Yb3+/Tm3+共掺中，上转 关键词： Er3+/Yb3+/ Tm3+共掺 碲酸盐玻璃 荧光 上转换光谱     

Yb3+/Ho3+/Tm3+共掺碲酸盐玻璃的上转换白光发射及其机理研究

采用高温熔融法分别制备了Yb3+/Ho3+,Yb3+/Tm3+和Yb3+/Ho3+/Tm3+共掺的碲酸盐玻璃。在980nm红外激光激发下,Yb3+/Ho3+/Tm3+共掺的玻璃样品显示了强的蓝光、绿光和红光发射,分别对应于Tm3+的1 G4→3 H6跃迁、Ho3+的5 F4(5 S2)→5I 8跃迁以及Ho3+的5 F5→5I 8和Tm3+的1 G4→3 F4跃迁。通过对比发现,Yb3+/Ho3+/Tm3+共掺样品中的红、绿光积分发射强度比值(3.95)明显大于Yb3+/Ho3+共掺样品(1.69),这是由于Ho3+和Tm3+间存在交叉弛豫过程3 H4(Tm3+)+5I 6(Ho3+)→3 F4(Tm3+)+5 F5(Ho3+)和3 F4(Tm3+)+5I 8(Ho3+)→3 H6(Tm3+)+5I 7(Ho3+)所致。在激发功率密度为8.2 W.cm-2时,Yb3+/Ho3+/Tm3+共掺样品的上转换发光色坐标值为x=0.345,y=0.338,非常接近于等能白光(x=0.333,y=0.333)。