CaS∶Eu,Sm及其在农用转光膜上的应用原理

利用稀土直接掺杂工艺合成了一种“常光充能”型电子陷获材料CaS∶Eu,Sm,它不仅具有CaS∶Eu无机发光材料的荧光光谱特性,而且具有红外升频转换特性,可将0.8～ 1.6μm的红外光直接转换为～672nm的红光、量子效率高达76%,是一种优于CaS∶Eu的光转换农膜添加剂.而共掺Eu2＋、Sm3＋和Cu＋的CaS荧光粉有望成为一种性能优于光转换农膜添加剂CaS∶Eu2＋,Cu＋、可人工模拟叶绿素吸收光谱的新型农用转光膜材料.     

CaS:Eu,Sm及其在农用转光膜上的应用原理

利用稀土直接掺杂工艺合成了一种“常光充能”型电子陷获材料CaS:Eu,Sm,它不仅具有CaS:Eu无机发光材料的荧光光谱特性,而且具有红外升频转换特性,可将0.8～1.6μm的红外光直接转换为～672nm的红光、量子效率高达76%,是一种优于CaS:Eu的光转换农膜添加剂.而共掺Eu²⁺、Sm³⁺和Cu⁺的CaS荧光粉有望成为一种性能优于光转换农膜添加剂CaS:Eu²⁺,Cu⁺、可人工模拟叶绿素吸收光谱的新型农用转光膜材料.     

一类电子俘获型红外可激发材料的制备和光学性质

采用硫化助熔剂法(SFM)合成了具有红外上转换及光存储特性的稀土激活光子学材料CaS:Eu,Sm和CaS:Ce,Sm.利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等测试了合成材料的物相结构和微观形貌,结果表明,合成材料具有单一相,相纯度在98.5%以上;采用CaCO₃制备的合成材料晶化程度更好,生成的晶粒更大.利用荧光光谱仪和分光光度计测量了合成材料的光学性质,结果表明,这类电子俘获材料在紫外线或短波长可见光有效激发下,能通过电子俘获实现光存储,并对近红外光有上转换作用.通过对合成材料及有关稀土元素原子结构分析,提出了两种新的稀土激活剂.     

制备工艺对电子俘获材料性能的影响

利用等离子体质谱(ICP-MS)技术测试了硫化助熔剂法和稀土直接掺杂工艺合成电子俘获材料的化学计量比,结果表明,采用稀土直接掺杂工艺合成材料的化学计量比更接近设计值;通过分析电子俘获材料的发光机制和光谱测试结果,讨论了制备工艺条件对电子俘获材料中稀土离子化合价的影响.     

电子俘获材料CaS∶Eu,Sm光谱特性研究

研究了电子俘获材料CaS∶Eu,Sm多晶粉末的紫外-可见-红外吸收光谱及红外激励光谱.研究结果表明,CaS∶Eu,Sm中主激活剂Eu和辅助激活剂Sm分别以Eu2 离子和Sm3 离子的形式存在;ETM的吸收差谱及红外激励光谱所反映的光谱特性是不同的.紫外-可见光区的吸收差谱给出了ETM光谱存储灵敏度的信息,而红外光谱区的吸收差谱给出了ETM所俘获电子数量的信息及电子陷阱能级的特征(深度和宽度)信息.红外激励光谱则反映了ETM将不同波长的红外激励光的能量转换为特定波长处的红外辐射光能量的光谱转换灵敏度.二者结合起来可以更完整地描述ETM的光谱特性.     

电子俘获材料CaS∶Eu,Sm光谱特性研究

研究了电子俘获材料CaS∶Eu,Sm多晶粉末的紫外-可见-红外吸收光谱及红外激励光谱.研究结果表明,CaS∶Eu,Sm中主激活剂Eu和辅助激活剂Sm分别以Eu2+离子和Sm3+离子的形式存在；ETM的吸收差谱及红外激励光谱所反映的光谱特性是不同的.紫外-可见光区的吸收差谱给出了ETM光谱存储灵敏度的信息,而红外光谱区的吸收差谱给出了ETM所俘获电子数量的信息及电子陷阱能级的特征（深度和宽度）信息.红外激励光谱则反映了ETM将不同波长的红外激励光的能量转换为特定波长处的红外辐射光能量的光谱转换灵敏度.二者结合起来可以更完整地描述ETM的光谱特性.     

CaS∶Eu,Sm红外上转换薄膜光谱性能分析

为研究红外上转换材料CaS∶Eu,Sm的光谱性能,搭建了实验平台,对其荧光谱、红外激励发光谱(上转换发光谱)、红外激励谱、荧光余辉衰减曲线、红外激励发光衰减曲线进行了测试.实验结果表明:CaS∶Eu,Sm可被450~550nm的光激发,荧光激发波峰位于470nm,红外响应波段为800~1 600nm,红外激励波峰为1 200nm.     

宽频谱红外-可见转换材料CaS∶Ce,Sm的低温燃烧合成及表征

采用低温燃烧合成(LCS)法制备出宽频谱红外-可见转换材料CaS∶Ce, Sm,研究了稀土掺杂浓度对产物红外-可见转换发光性能的影响,并对样品进行了结构和性能表征。XRD分析表明样品为立方晶系CaS晶体结构。样品的激发光谱位于200～500 nm之间,紫外或可见光均可有效激发该材料完成“充能”过程,且可见光激发占优势。样品的红外响应光谱范围为800～1 600 nm,说明CaS∶Ce, Sm材料具有宽频谱红外-可见转换效应。样品的红外-可见转换发射光谱是位于450～650 nm的宽带谱,两毗邻发射峰位于513.4和572 nm,分别对应Ce3+的2T_2g(5d)→2F_5/2(4f)和2T_2g(5d)→2F_7/2(4f)跃迁。     

CaS∶Eu,Sm光存储材料的光谱特性

CaS∶Eu, Sm是一种典型的电子俘获型光存储材料,文章采用湿法在还原气氛中制备了CaS∶Eu, Sm粉末样品。测量了这种光存储材料的XRD、激发光谱、发射光谱、光激励发光光谱、热释光谱以及光激励发光衰减曲线。XRD结果表明样品在1 050 ℃晶格已经形成。光谱测试结果说明紫外光可激发该材料,作为信息写入光源。样品被紫外光源饱和激发后,用980 nm红外激光激励,发射出峰值位于635 nm的红光。光激励发光起初衰减较快,随后有一个较长的平缓期。且样品具有合适深度的陷阱能级,能够稳定存储信息。对CaS∶Eu, Sm的光存储机理进行了探讨。     

SrS∶Eu,Sm光存储机理的研究

采用高温固相反应法在还原气氛下制备了SrS:Eu,Sm样品,利用荧光光谱仪测量了这种光存储材料的激发光谱和发射光谱.将样品用紫外灯(265 nm)照射激发饱和后,再用980 nm的红外激光器激励,利用荧光光谱仪测试得到了峰值位于599 nm的光激励发光光谱.此外还利用热释光谱仪测试了样品的热释光谱.探讨了SrS:Eu,Sm的光存储机理,认为引入的稀土离子在SrS的带隙中形成分裂能级.当用紫外光照射材料时,Eu的电子从基态被激发到激发态或基质材料的导带,其中一部分电子被辅助激活剂Sm的陷阱俘获,实现信息写入.当材料被与陷阱深度相当的红外光激励时,电子陷阱Sm2 俘获的电子才可能跃出俘获能级,与空穴在Eu的激发态和基态能级上复合,多余的能量以可见光的形式释放出来,实现信息读出.     

电子俘获型薄膜材料的结构与光学性能

采用电子束沉积技术成功制务了以碱土金属硫化物为基质材料，稀土元素离子作为激活中心的输出红光的红外上转换及光存储薄膜材料ＣａＳ：Ｅｕ，Ｓｍ物相结构测试表明，基片温度和后退火晶化处理对薄膜的晶态有很大影响，在本实验的制备条件下，（２００）面的衍射蜂最强；加硫共蒸或通入少量Ｈ２Ｓ有助于改善ＣａＳ薄膜的化学计量比，光谱测试表明，薄膜材料的光学性能与粉末材料基本相同。     

Effect of the growth conditions on infrared upconversion efficiency of CaS: Eu, Sm thin films

High-quality electron-trapping thin films CaS: Eu, Sm with red light output have been successfully deposited on quartz and single-crystal silicon substrates by electron beam evaporation (EBE) and radio frequency (RF) magnetron sputtering in vacuum and H₂S partial pressures. Infrared upconversion efficiency of CaS: Eu, Sm thin films under different growth conditions has been investigated by using ultrashort infrared (IR) laser pulse with 20 ps (full width at half-maximum (FWHM)). The results show that upconversion efficiency of CaS: Eu, Sm thin films depends strongly on growth conditions in spite of the existence of “exhaustion” phenomena. Microstructures identified by X-ray diffraction (XRD) indicate that crystallinity of CaS films relies on both substrate materials and growth conditions. The stoichiometric composition of CaS films was measured by secondary-ion mass spectrometry (SIMS). The post-annealing process was found to promote grain growth and activate strong luminescence so that it could obviously improve upconversion efficiency of CaS: Eu, Sm films, even though it had negative influence on transmittance and spatial resolution of these films. Received: 5 June 2000 / Accepted: 7 June 2000 / Published online: 23 August 2000     

Sm：CaS的电子俘获机制

用紫外光辐射单掺钐的ＣａＳ后，观察到很强的红外激励上转换发光。这是由不同格位的钐离子间的电荷转移引起的。本文研究了它的光学性质及有关的电子俘获机制。     

存储型上转换发光材料CaS:Eu,Sm的发光机理研究

采用低温燃烧合成(LCS)法制备了存储型上转换发光材料CaS∶Eu,Sm,并对其上转换发光机理进行了研究。研究表明:样品的激发光谱位于200~600nm之间,紫外或可见光均可有效地激发该材料来完成充能过程,且可见光激发占优势;样品的红外响应光谱范围为800~1600nm,由辅助激活离子Sm所形成的劈裂的深陷阱能级是该材料具有宽频谱红外转换特性的根本原因;样品的热释光谱高温峰值位于351.02℃,计算得到的陷阱能级深度为0.82eV,深度适中,利于激发能的储存和上转换发光的产生。     

ZnO:Er3+纳米晶的制备和室温发射

文章采用化学沉淀法制备纳米晶ZnO：Er^3＋粉体,所制备的纳米晶ZnO：Er^3＋粉体具有稀土离子特征强室温可见发射和近红外发射现象,且首次观测到纳米晶ZnO基质和稀土Er离子之间有有效的能晕传递。