共沉淀法制备NaYF4 : Tm3+,Yb3+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。     

水热法合成纳米晶NaYF4 : Er3+,Tm3+,Yb3+ 的上转换发光特性

以EDTA为络合剂,用水热法合成了Er³⁺,Tm³⁺和Yb³⁺共掺杂的NaYF₄纳米晶。XRD和TEM的结果表明:粒径约为30 nm,属于六方晶系。在980 nm半导体激光器激发下,研究了不同Er³⁺离子掺杂浓度对Tm³⁺和Er³⁺离子上转换发光性能的影响,光强与泵浦功率的双对数曲线表明,474,525,539,650 nm的发射均属于双光子过程,408 nm的发射属于三光子过程。讨论了样品的协作敏化和声子辅助共振能量传递的上转换发光机制。     

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。     

ZnMoO4∶Tb3+发光材料的制备与发光性能研究

采用燃烧法制备了ZnMoO₄∶Tb3+绿色荧光粉。XRD实验结果表明,样品在700 ℃基本形成单一的ZnMoO₄相,属三斜晶系,而Tb3+的掺入基本不影响ZnMoO₄的结构;TG-DTA研究结果表明,样品在680 ℃基本形成ZnMoO₄相;IR结果表明,在700 ℃燃烧后,没有出现其他有机物的峰,说明柠檬酸已完全分解,掺杂的少量Tb3+已完全溶入了ZnMoO₄的晶格中,形成ZnMoO₄∶Tb3+固溶体;SEM结果表明,700,750,800 ℃制备的样品随温度的提高颗粒的分散度逐渐提高;激发光谱的主要变化是随着ZnMoO₄∶Tb3+的生成而产生出主峰为488 nm处的强峰;发射光谱结果表明,随着ZnMoO₄∶Tb3+的形成,最佳激发波长488 nm下,出现了很强的544 nm处的发射峰,对应于Tb3+的5D₄→7F₅跃迁。通过ZnMoO₄中掺杂Tb3+,获得了一种有潜在应用价值的绿色荧光粉。     

纳米CaO ∶ Eu3+的制备及发光性质

利用共沉淀法制备了纳米CaO : Eu³⁺发光粉体。并对不同掺杂浓度和不同煅烧温度下所制备的CaO : Eu³⁺粉体进行室温发光性质的研究。在室温下观测到CaO : Eu³⁺样品具有较强的Eu³⁺离子特征发射。通过对不同煅烧温度下样品发射谱的对比,发现样品在591 nm和610 nm处的发射峰积分强度比随着煅烧温度的升高而降低,说明在不同的煅烧温度下,Eu³⁺占据了两种不同的格位。对样品强发射峰进行监测,可观测到样品中的O^2-和Eu³⁺离子之间形成的电荷迁移态。通过对比不同掺杂浓度下Eu³⁺离子发射光谱,发现将Eu³⁺掺杂到CaO基质中的适宜浓度为4%。     

纳米晶Gd2O3 ∶ Eu3+的制备与发光性质

利用共沉淀法制备了纳米晶Gd₂O₃ : Eu³⁺发光粉体。 在不同掺杂浓度、不同煅烧温度的系列样品中,均观测到Eu³⁺离子的特征发射。样品的晶相与发射性质的研究表明:所制备的样品经800~1 300 ℃热处理后,晶相为立方相,1 400 ℃时开始向单斜相转变。荧光强度与Eu³⁺离子掺杂浓度关系研究表明:在不同掺杂浓度中,Eu³⁺离子浓度为4%时其相对发射强度最强。在三个不同的煅烧温度中,经800 ℃煅烧的样品其发光效果最好。此外还观察到电荷转移激发态以及基质、Gd³⁺与Eu³⁺之间的能量传递。激发谱包含三部分,即电荷转移带、Eu³⁺的4f内壳层电子跃迁和Gd³⁺的激发谱。     

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.     

BaIn6Y2O13∶Yb3+, Er3+的制备及上转换发光性质的研究

采用高温固相法合成了不同Yb3+和Er3+掺杂浓度的BaIn₆Y₂O₁₃上转换发光材料。XRD数据显示,所合成的BaIn₆Y₂O₁₃∶Yb3+, Er3+属于六方晶系,引入激活剂并没有改变基质的晶体结构。利用971 nm半导体激光器激发样品,测量样品在不同激发光密度下上转换发射光谱和发射光功率,计算了上转换能量效率。数据表明在激发密度不变,激活剂浓度增加时,上转换光绿红比减小;激活剂浓度不变激发光密度增加时,发射光绿红比增大。分析表明是由于Er3+之间的交叉弛豫增强导致绿红比随激活剂掺杂浓度的增加而减小;Yb3+和Er3+之间的能量传递和Er3+的激发态吸收增强导致绿红比随激发密度的增加而增大。随着激发功率增加, 在较低激发功率时, 上转换绿光发射强度与激发功率的二次方成正比; 在较高激发功率时, 上转换绿光发射强度与激发功率的一次方成正比, 与报道的结果一致。能量效率存在极大值, 分别为0.38%(Yb3+掺杂浓度3%, Er3+掺杂浓度1%)和0.06%(Yb3+掺杂浓度9%, Er3+掺杂浓度3%), 产生极值的一个原因是4I_13/2亚稳态能级寿命较长, 聚集了大量电子, 使基态电子急剧减少, 导致上转换泵浦效率降低。     

Ca9R(VO4)7 : Eu3+ 发光粉的发光特性

采用高温固相法制备了Eu³⁺离子激活的Ca₉R(VO₄)₇(R = Y, La, Gd)红色发光粉,并利用荧光光谱对发光粉的特性进行研究。激发光谱中,Ca₉Y(VO₄)₇ : Eu³⁺ , Ca₉La(VO₄)₇ : Eu³⁺和Ca₉Gd(VO₄)₇ : Eu³⁺都有两个宽的VO^3-₄激发带和Eu³⁺的特征激发峰。发射光谱中,在Ca₉Y(VO₄)₇ : Eu³⁺ 和Ca₉La(VO₄)₇ : Eu³⁺中的350~550 nm范围内出现VO^3-₄的发射带,而在Ca₉Gd(VO₄)₇ : Eu³⁺中却没有观察到VO^3-₄的发射。在这三种发光粉中,Ca₉Gd(VO₄)₇ : Eu³⁺的发光强度远远高于其它两种,这是由于Gd³⁺的存在有效地使能量通过Gd³⁺ →VO^3-₄ → Eu³⁺及Gd³⁺ → Eu³⁺的两种方式进行能量传递,从而提高了Eu³⁺发光效率。     

白光LED用Ba3SiO4Cl2∶Eu2+材料的光谱特性

采用高温固相法合成了Ba₃SiO₄Cl₂∶Eu2+蓝绿色荧光粉,并测量了材料的光谱特性等。研究结果显示,在365 nm近紫外光激发下,Ba₃SiO₄Cl₂∶Eu2+材料呈双峰宽带发射,主发射峰分别为445和510 nm;分别监测这两个发射峰,所得激发光谱覆盖范围为250～450 nm,主激发峰分别为350和400 nm,但光谱分布不同,说明两发射峰来源于不同的Eu2+发光中心。研究了Eu2+掺杂浓度对材料光谱性能的影响,发现随Eu2+掺杂量的增大,445 nm发射峰的强度增加,而510 nm发射峰的强度减弱。采用去离子水清洗Ba₃SiO₄Cl₂∶Eu2+材料后,445 nm发射峰消失,只保留了510 nm发射峰,且发射峰的强度明显减弱。     

红色LiMBO3 : Re3+(Re=Eu,Sm) 发光材料的特性

采用固相法制备了红色LiM(M=Ca, Sr, Ba)BO₃ : Re³⁺(Re=Eu, Sm)发光材料,研究了材料的发光性能。研究发现LiM(M=Ca, Sr, Ba)BO₃ : Eu³⁺材料呈现多峰发射,最强发射分别位于610,615,613 nm处,分别监测这三个最强峰,所得激发光谱峰值位于369,400,470 nm。LiM(M=Ca, Sr, Ba)BO₃ : Sm³⁺材料也呈多峰发射,分别对应Sm³⁺的⁴G_5/2→⁶H_5/2、⁴G_5/2→⁶H_7/2和⁴G_5/2→⁶H_9/2跃迁发射;分别监测602,599,597 nm三个最强发射峰,所得激发光谱峰值位于374,405 nm。研究了激活剂浓度对材料发射强度的影响,结果随激活剂浓度的增大,发射强度先增强后减弱,即,存在浓度猝灭效应。实验表明,加入电荷补偿剂Li⁺、Na⁺或K⁺均可提高LiM(M=Ca, Sr, Ba)BO₃ : Re³⁺(Re=Eu, Sm)材料的发射强度。     

Tm3+在二苯甲酰基甲基亚砜配合物体系中对Dy3+的荧光增强效应

合成了六种高氯酸掺杂稀土(Dy³⁺,Tm³⁺)与二苯甲酰基甲基亚砜的配合物。经元素分析、稀土络合滴 定、摩尔电导率及差热-热重分析,表明配合物组成为 (Dy_x,Tm_y)L₅(ClO₄)₃·3H₂O(x : y=1.000 : 0.000,0.995 : 0.005,0.990 : 0.010,0.950 : 0.050,0.900 : 0.100,0.800 : 0.200;L=C₆H₅COCH₂SOCH₂COC₆H₅)。并详细讨论了六种稀土配合物的荧光光谱。从配合物的荧光光谱图可以看出,Tm³⁺对Dy³⁺的荧光有增强效应。这可能 是因为在惰性稀土离子Tm³⁺与活性稀土离子Dy³⁺之间有能量的传递。而且当Dy³⁺与Tm³⁺的量比为0.950 : 0.050时,掺杂配合物表现出最佳的发光性质。另外,Tm³⁺对577.4 nm处⁴F_9/2→⁶H_13/2 峰的荧光敏化作用的程度高于对487 nm处⁴F_9/2→⁶H_15/2 峰的荧光敏化作用。⁴F_9/2→⁶H_15/2 峰的荧光强度增强了212％,而⁴F_9/2→⁶H_13/2峰的荧光强度增强了264％。所以,Dy³⁺离子的两个特征峰的发射强度比趋近于1,为1.078,使得配合物在紫外灯下发白色荧光。有可能成为一类发白色荧光的发光材料。     

LiMBO3 : Dy3+材料的发光特性

采用固相法制备了LiM(M=Ca, Sr, Ba)BO₃ : Dy³⁺材料,并研究了材料的发光特性。LiM(M=Ca, Sr, Ba)BO₃ : Dy³⁺材料的发射光谱均呈多峰发射,对应于Ca,Sr,Ba,其主发射峰分别是Dy³⁺的⁴F_9/2→⁶H_15/2(484,486,486 nm),⁶H_13/2(577,578,578 nm)和⁶H_11/2(668,668,666 nm)跃迁。监测黄色发射峰时,所得激发光 谱峰值位置相同,主激发峰分别为331,368, 397,433,462,478 nm,对应Dy³⁺的⁶H_15/2→ ⁴D_7/2,⁶P_7/2,⁶M_21/2,⁴G_11/2,⁴I_15/2和⁶F_9/2跃迁。研究了敏化剂Ce³⁺及电荷补偿剂Li⁺、Na⁺和K⁺对LiM(M=Ca, Sr, Ba)BO₃ : Dy³⁺材料发光强度的影响。结果显示:加入敏化剂Ce³⁺提高了材料的发光强度,发光强度最大处对应的Ce³⁺浓度为3%;加入电荷补偿剂Li⁺、Na⁺和K⁺后,材料的发光强度也得到了明显提高,但发光强度最大处对应的Li⁺、Na⁺和K⁺浓度不同,依次为4%、4%和3%。     

高性能Sr2-xBaxSiO4 : Eu2+ 荧光材料的合成及发光

研究了Sr_2-xBa_xSiO₄ : Eu²⁺ 荧光材料作为白光LED发光体的可行性和应用特性。采用高温固相法制备了Sr_2-xBa_xSiO₄ : Eu²⁺ 材料系列样品,对样品的成分配比、阴离子掺杂、合成温度和时间进行了系统实验,利用XRD、SEM、光谱测试及封装测试等手段对样品的组成、结构、形貌特征及应用性能进行了表征。研究表明Sr_2-xBa_xSiO₄ : Eu²⁺ 荧光材料具有激发范围宽(300~500 nm)、发射范围宽(500~600 nm)的特点。通过控制碱土金属的比例可以精确控制材料的发射波长,在Ba掺杂范围0≤x<0.5内可以获得550~560 nm的发射,与YAG材料相比在光谱上增加了红色成分。通过引入恰当助熔成分进行阴离子掺杂,精确控制烧结工艺等手段极大提高了550~560 nm发射的发光强度和光转换效率。封装应用和测试证明,本研究优化制备的高性能Sr_2-xBa_xSiO₄ ∶ Eu²⁺ 荧光材料的光转换效率普遍可达到YAG材料的95％,在显色指数、色温和色纯度方面也优于或相当于YAG材料,并且具有较好的芯片适应性和较多的红色成分,是较为理想的应用于白光LED的荧光材料,特别适合于暖白光LED的制备。     

Eu2+激活的硅酸锶材料的发光特性

采用高温固相法制备了Sr₃SiO₅ : Eu²⁺黄色发光材料,研究了Eu²⁺浓度及共激活剂等对材料发光性能的影响。结果显示,随Eu²⁺浓度的增大,Sr₃SiO₅ : Eu²⁺材料发射强度先增强后减弱,即存在浓度猝灭效应,根据Dexter理论,其浓度猝灭机理为电偶极-偶极相互作用。掺入共激活剂Yb、Tm均能提高材料的发射强度。利用InGaN管芯分别激发Sr_2.98Eu_0.01Tm_0.01SiO₅和Sr_2.98Eu_0.01Yb_0.01SiO₅材料,获得了很好的白光发射。     

Er3+/Tm3+共掺碲酸盐玻璃光谱特性及能量传递

采用高温熔融法制备了两系列不同掺杂比的Er³⁺/Tm³⁺共掺的碲酸盐玻璃,测试了样品的吸收光谱和在980 nm LD激发下的发光光谱、上转换发光光谱及发光寿命。讨论了Er³⁺与Tm³⁺掺杂浓度对样品光谱性质的影响,Tm³⁺离子的掺入会减弱Er³⁺的1.53 μm发光强度,但通过共振能量传递可以获得Tm³⁺的1.8 μm发光,并随着Tm³⁺离子浓度的增加而增强。同时表明Tm³⁺离子的增加会减弱Er³⁺离子在528 nm和545 nm附近的上转换绿光强度,而上转换红光出现了先增强后减弱的现象。研究了Er³⁺/Tm³⁺共掺杂碲酸盐玻璃的能量传递机制与传递效率,分析了Tm³⁺/Er³⁺离子掺杂浓度比对上转换发光的影响。     

Yb3+离子摩尔分数对Yb ∶ GAB晶体辐射陷阱的影响

测量了一系列Yb³⁺摩尔分数(0.125…1)在Yb³⁺ ∶ GdAl₃(BO₃)₄ 晶体(Yb ∶ GAB)的室温偏振吸收光谱、发射光谱。为了揭示和消除辐射陷阱对Yb³⁺光谱性质的影响,分别测量了块状、粉末和稀释粉末样品的发射光谱。为了比较不同摩尔分数和不同方式辐射陷阱的影响,采用倒易法(RM)和Fuchtbauer-Ladenburg公式(FL)来计算发射截面。实验结果表明:随着Yb³⁺离子摩尔分数的增加,辐射陷阱效应对发射光谱的影响越来越严重。在发射光谱中,随着Yb³⁺离子摩尔分数的增加,短波段发射变弱,长波段发射变强,因此,提出了Yb ∶ GAB 晶体中发射光谱的重心波长移动 Δλ与 Yb³⁺离子摩尔分数之间的经验关系来定量分析Yb³⁺离子摩尔分数变化对辐射陷阱的影响;采用稀释法能够很好消除辐射陷阱对发射光谱的影响,而粉末法对于低Yb³⁺浓度的样品能够比较好地消除辐射陷阱的影响,块状样品直接测量很难消除辐射陷阱的影响。     

Zn元素替代对MgGa2O4∶Cr3+的结构和发光性能的影响

采用高温固相法按化学式Zn_xMg_(1-x)Ga₂O₄∶Cr3+(x=0,0.2,0.6,0.8,1.0)配比原料制备了一系列红色长余辉发光材料。X射线衍射(XRD)分析表明样品物相均为面心立方结构。光致发光特性表明样品的红光发射峰均由以Cr3+为发光中心的电子2E—4A₂跃迁所致,Cr3+的激发带与基质发射带之间有大面积重叠,两者间存在有效的能量传递。余辉衰减曲线与热释光谱分析表明,不同Zn掺入量的样品余辉衰减快慢不同,是由于其中存在的陷阱能级深度不同,且陷阱能级越深,其余辉时间越长。     

AlF3-YbF3∶Er3+上转换荧光粉的制备与表征

采用高温固相法制备了AlF₃-YbF₃∶Er3+上转换荧光粉,分析了Er3+掺杂浓度对其发光强度的影响。通过X-ray diffraction (XRD)对样品物相分析。利用荧光发射光谱研究了该荧光粉的上转换发光性能,进而提出其上转换能量传递机理,研究结果表明：在980 nm半导体激光器激发下,以AlF₃-YbF₃为基质,当Er3+的掺杂浓度为0.7 mol％时,该荧光粉的红光发射强度最强;通过上转换发光强度与泵浦电流关系曲线的拟合,表明AlF₃-YbF₃∶Er3+上转换荧光粉的红光上转换过程为双光子过程。     

NaYF4∶Yb,Er/氧化石墨烯纳米复合材料的制备、表征及上转换发光性能

采用“一锅”和直接混合两种制备过程,制得了NaYF₄∶Yb, Er/氧化石墨烯（rGO）和SiO₂包覆NaYF₄∶Yb, Er/rGO两系列纳米复合材料。各种测试结果表明,NaYF₄∶Yb, Er是以α型立方结构和纳米粒子形状存在于复合材料中,粒径主要在30～70 nm间,而rGO则较好地分散在其中,但“一锅”法制得的rGO呈现更好的分散性。Raman光谱证实,在这两种纳米材料之间存在表面耦合相互作用,且随着rGO相对含量增大,它们之间接触面积逐渐增多,相互作用也逐渐增强。上转换发光测试结果表明,rGO具有很好的发光猝灭效应和光限幅现象,尤其是对NaYF₄∶Yb, Er的红光带影响更加显著。随着rGO相对含量逐渐增加,红光带发光强度逐渐降低,而绿光带变化不大。对于使用不同方法制备的样品,在具有相似含量情况下,由于团聚rGO具有更强的吸光作用,SiO₂包覆样品的红光带发光强度受到rGO影响更大。