磷酸盐玻璃中Ce~(3+)、Tb~(3+)、Tm~(3+)的荧光光谱

在80～300K温度范围内,定量地测出了磷酸盐玻璃中Tb~(3+)、Tm~(3+)、Ce~(3+)的荧光光谱。用短脉冲光泵浦单掺或双掺玻璃样品,测出了稀土离子的时间分辨光谱,并进行了详细讨论。     

磷酸盐、氟磷酸盐和氟化物玻璃中离子的光谱和波谱研究Ⅱ:Mn~(2+)、Fe~(3+)

在前文[Ⅰ]的基础上对Mn~(2+)的吸收光谱和荧光光谱进行了研究。结合ESR实验结果,分析了Mn~(2+)的配位状况,认为在这三种玻璃中,Mn~(2+)都处于八面体配位中。理论计算与实验结果相符。对以Fe~(3+),Fe~(2+)两种稳定价态存在的铁离子吸收光谱进行了研究。结合其ESR波谱,认为Fe~(3+)也处于八面体中.     

近红外长余辉纳米探针ZnGa_2O_4∶Cr~(3+),Sn~(4+)的制备及Fe~(3+)含量的时间分辨检测

鉴于长余辉材料免实时激发特性可有效消除激发光源及复杂样品自体荧光的干扰,近红外长余辉材料在生物成像领域受到了广泛关注。但其在荧光传感应用方面的报道相对较少,尤其是利用长余辉纳米粒子来检测金属阳离子鲜有报道。本文采用水热法制备了Sn~(4+)共掺的近红外长余辉纳米材料ZnGa_2O_4∶Cr~(3+),Sn~(4+)(ZGSC),再以包硅处理得到在水溶液中分散性良好的荧光探针ZnGa_2O_4∶Cr~(3+),Sn~(4+)@SiO_2(ZGSC@SiO_2)。基于Fe~(3+)对长余辉材料ZGSC@SiO_2的荧光猝灭效应,构建了一种选择性好、无背景干扰的近红外长余辉荧光探针ZGSC@SiO_2,用于Fe~(3+)的定量检测。采用时间分辨光谱可有效地消除背景干扰,实现了高信噪比检测,其线性范围为50～800μmol/L,检出限为25.12μmol/L。选取了3种补铁口服液作为实际样品,对其总铁含量以及Fe~(3+)的含量进行检测,并进行了加标实验。实验结果表明,测定结果中总铁含量与标示值吻合;3种样品中总铁含量的加标回收率为99.00%～99.79%,相对标准偏差(RSD)为2.416%～3.808%;Fe~(3+)含量的加标回收率为99.90%～102.69%,RSD为3.263%～4.296%,满足测定要求。根据样品中总铁含量和Fe~(3+)含量,可计算得出Fe~(2+)含量,因此该荧光传感体系具有可同时检测Fe~(3+)与Fe~(2+)的优点,可以用于补铁口服液中有效价态Fe~(2+)的质量控制检测。     

Fe~(3+)离子在钠-硼玻璃中的顺磁共振

研究了Fe~(3+)离子在钠-硼玻璃中的顺磁共振。在表观g=4.27处,有一条尖锐的大致对称的共振线。实验结果表明Fe~(3+)离子代替接触二个钠离子的[BO_4]四面体中的硼离子位置。     

Tm~(3+)/Yb~(3+)∶LaF_3纳米体系中掺杂Yb~(3+)离子对Tm~(3+)离子荧光发射的影响

为研究Yb~(3+)离子浓度变化对Tm~(3+)离子在蓝色波段荧光强度的影响,以NaF和La(NO_3)_3为原料,采用水热法制备了Tm~(3+)和Yb~(3+)共掺的Tm~(3+)/ Yb~(3+)∶LaF_3纳米颗粒.用X射线衍射对LaF_3纳米颗粒进行表征的结果显示,纳米晶体结构呈六方相.透射电镜的观测结果显示,纳米颗粒样品大小均匀、分散性良好.在波长为800 nm的激光激发下,观测到了上转换蓝光发射,其中包括波长为474 nm和479 nm的较强的荧光辐射(相应的跃迁为~1G_4→~3H_6)和波长位于450 nm的强度较弱的荧光发射(相应的跃迁为~1D_2→~3F_4).通过观测不同Yb~(3+)离子浓度条件下共掺Tm~(3+)/Yb~(3+)∶LaF_3样品的荧光光谱,研究了Yb~(3+)离子掺杂浓度对于Tm~(3+)离子的荧光发射的影响,并探讨了产生这种现象的原因.研究结果显示,对于~1G_4→~3H_6跃迁产生的荧光发射(474 nm),当Yb~(3+)离子浓度增大时,反向能量传递速率的增加导致了荧光强度的增大.然而,当Yb~(3+)离子浓度增大到一定程度时,Yb~(3+)离子激发态能级寿命的减少将引发荧光强度的下降.相比较而言,Yb~(3+)离子的浓度的变化对于~1D_2→~3F_4跃迁产生的位于450 nm处荧光强度的影响较弱.     

电气石中离子对(Fe~(2+)—Fe~(3+)跃迁

本文在晶体场理论的基础上,采用Fe~(2+)的自洽场解析近似3d轨道,考虑到电气石中b,c两位置的实际对称性(C_s,C_1),计算了属于3d~6组态的Fe~(2+)在该两位置的自旋允许能谱:用离子对跃迁的观点,从理论上探讨了前人尚未处理过的离子对的(Fe~(2+)(g)-Fe~(3+))→(Fe~(2+)(e)-Fe~(2+))跃迁;并对偏振依赖性很大的三条谱:9000cm~(-1),13800cm~(-1),15000cm~(-1)作了强度估计,较为满意地解释了电气石的近红外光谱。     

刚玉中两类Fe~(3+)离子的顺磁共振谱

本文给出了刚玉中两类Fe~(3+)离子的自旋哈密顿矩阵的普遍形式,并着重研究了当两类Fe~(3+)离子不等价时,顺磁共振谱的特性。对于两类离子等价情况,计算了当磁场与晶轴的夹角α=0°,15°,30°,45°,54.7°,60°,75°,90°时Fe~(3+)离子的能级。对于两类离子最不等价情况,计算了当α=10°,20°,30°,40°,50°,54.7°,60°,70°,80°时Fe~(3+)离子的能级。并且给出了当α=0°和 90°时各能级的波函数和跃迁矩阵元公式。 在室温下,用ЭПР-2型波谱仪,在3厘米波段,做了蓝宝石的顺磁共振实验。利用使晶体绕两个相互垂直的方向转动的装置,精确地调整晶轴的方向。观察到了分别属于两类Fe~(3+)离子的两套顺磁共振谱线。给出了等价及最不等价情况的等频曲线。     

基于MgAl-8-HQ LDH复合粒子选择性检测Fe~(3+)的荧光传感器

为实现对Fe~(3+)高选择和简便检测,基于镁铝层状双氢氧化物(MgAl LDH)层板的Al~(3+)的可调控性及易与8-羟基喹啉(8-HQ)发生配位作用,设计制备了8-HQ插层配位的高荧光性8-羟基喹啉镁铝层状双氢氧化物(Mg_xAl-8-HQ LDH),同时采用IR,XRD,UV-Vis及分子荧光光谱仪表征其结构和性能。IR分析表明8-HQ与铝离子生成C-O-Al和C-N-Al配位键;XRD揭示8-HQ插入MgAl LDH的层板间,致(003)衍射峰向2θ低角度方向移动,衍射峰强度随Mg与Al摩尔比增加而增强;因MgAl LDH层间的8-HQ与Al~(3+)配位,致8-HQ在314 nm处的吸收峰消失,同时在376 nm处出现了金属离子与配体之间的跃迁吸收峰;荧光分析表明:Mg_xAl-8-HQ LDH的荧光强度随Al~(3+)含量降低而增强,当镁铝离子物质的量之比为4∶1时,荧光强度显著强于8-羟基喹啉铝。通过研究金属离子对Mg_4Al-8-HQ LDH粒子荧光光谱的影响,发现该粒子对金属离子表现出显著的选择和差异性,尤其对Fe~(3+)具有高选择性。进一步研究[Fe~(3+)]对Mg_4Al-8-HQ LDH粒子的溶液颜色及荧光强度的影响表明:在10~(-6)~10~(-2)mol·L~(-1)内随[Fe~(3+)]增加,Mg_4Al-8-HQ LDH粒子溶液的颜色由浅黄色变成墨绿色,故可实现上述浓度范围内Fe~(3+)的比色传感;同时其荧光强度显著降低,当[Fe~(3+)]为10~(-3)mol·L~(-1)可完全猝灭其荧光,当-log[Fe~(3+)]为3~6时,-log[Fe~(3+)]与溶液荧光强度呈负相关函数关系,可实现对Fe~(3+)的高选择和灵敏性荧光传感检测,据此本实验成功建立了Mg_A Al-8-HQ LDH粒子荧光和比色双重传感检测Fe~(3+)的新方法。     

Er~(3+)和Eu~(3+)共注入GaN的光学特性和能量传递机制

采用离子注入法在GaN薄膜中实现了Er~(3+)和Eu~(3+)离子的共掺杂.以阴极荧光光谱仪为主要表征手段,研究样品的光学特性和能量传递机理.在300K温度下,Er~(3+)和Eu~(3+)共掺杂GaN薄膜能够实现绿光和红光的同时发射.随着Er~(3+)离子掺杂剂量的增加,Eu~(3+)离子相关发光峰的强度减弱,Er~(3+)离子对应的两个相关发光峰强度比值减小,表明Er~(3+)和Eu~(3+)离子之间发生了能量传递,能量传递的方向为Eu~(3+)→Er~(3+).变温阴极荧光光谱显示,Er~(3+)离子的2H11/2和4S3/2两个能态相关的跃迁峰相对强度比值随着温度升高而降低,主要是由两个能级之间的热耦合导致.改变Er~(3+)离子的掺杂剂量,能够调控GaN:Er~(3+)/Eu~(3+)样品的光学色度坐标和色温,表明此材料可用于发光器件.     

Sm~(3+)在玻璃中的发光以及Sb~(6+)、Ce~(6+)、Gd~(3+)对Sm~(3+)发光性质的影响

本文研究了单掺(Sm~(3+),Ce~(3+)、Gd~(3+).Sb~(3+)、双掺(Sm~(3+)+Ce~(3+)、Sm~(3+)+Gd~(3+),Sm~(3+)+Sb~(3+))和兰掺(Sm~(3+)+Gd~(3+)+Ce~(3+))约四十余种不同玻璃的发射谱和激发谱.探讨了玻璃成份和掺杂离子浓度对Sm~(3+)发光性质的影响以及Ce~(3+),Gd~(3+)、Sb~(3+)、Ce~(3+)+Gd~(3+)对Sm~(3+)的敏化作用。     

Dy~(3+),Sm~(3+)共掺杂Ca_2A1[AlSiO_7]荧光粉的发光性质研究

采用高温固相反应法合成了一系列Dy~(3+)、Sm~(3+)单掺杂和共掺杂铝方柱石发光材料,详细地研究了Dy~(3+)、Sm~(3+)掺杂对铝方柱石的结构和发光性质的影响。XRD结果表明Dy~(3+)、Sm~(3+)离子单掺杂和共掺杂样品均形成了单相的铝方柱石结构化合物,并没有改变基质的晶体结构。发光光谱表明,通过调节Dy~(3+)、Sm~(3+)离子的掺杂比例,发光颜色可实现从黄色到黄白色的可控调节。此外,发射和激发光谱表明,Dy~(3+)与Sm~(3+)离子之间存在有效的光谱重叠,暗示着Dy~(3+)→Sm~(3+)的能量传递。荧光寿命衰减结果进一步证实Dy~(3+)与Sm~(3+)离子之间是一种无辐射共振能量传递方式。     

Ce~(3+)和Tb~(3+)掺杂钆-钡-硅酸盐闪烁玻璃的发光性能

采用高温熔融法制备Ce~(3+)或Tb~(3+)单掺和Ce~(3+)/Tb~(3+)共掺钆-钡-硅酸盐闪烁玻璃。通过透射光谱、光致激发和发射光谱、X射线激发发射光谱及荧光衰减曲线等手段对其发光性能进行研究。实验结果表明:在紫外光的激发下,Tb~(3+)掺杂闪烁玻璃发出明亮的绿光(544 nm),而Ce~(3+)掺杂闪烁玻璃发出蓝紫光。对于Ce~(3+)/Tb~(3+)共掺闪烁玻璃,在紫外光和X射线激发下均观察到Ce~(3+)离子敏化Tb~(3+)离子发光的现象,这是由于存在Ce~(3+)→Tb~(3+)的能量转移。Ce~(3+)/Tb~(3+)共掺闪烁玻璃的最佳Ce2O3掺杂摩尔分数为0.2%,此时Ce~(3+)离子向Tb~(3+)离子的能量传递效率为45.7%。在X射线激发下,Ce_2O_3摩尔分数为0.2%的Ce~(3+)/Tb~(3+)共掺闪烁玻璃在544 nm处的发光强度是Bi_4Ge_3O_(12)(BGO)闪烁晶体在500 nm处发光强度的4.2倍,积分闪烁效率达到BGO晶体的55.6%,这有利于在高分辨率医学成像中降低辐射剂量。     

红外光谱、 XPS分析比较Ca~(2+),Fe~(3+)对石英的活化机理

铁精矿浮选脱硅过程中,矿浆中的难免阳离子(Ca~(2+), Fe~(3+))对阴离子捕收石英的可浮性有重要影响,而搞清难免阳离子对含石英等脉石矿物的活化机制,对解决超纯铁精矿脱硅技术难题有重要意义。目前关于捕收剂对石英吸附结构的研究较多,而难免离子活化石英的吸附结构及吸附强弱发生机制研究较少。因此,采用红外光谱、 XPS检测手段对难免离子(Ca~(2+), Fe~(3+))活化石英浮选进行光谱学表征,同时解析石英中含氧官能团及难免离子的赋存形式,分析其活化机理。红外检测结果表明,在适宜的pH值条件下, Ca~(2+)和Fe~(3+)的加入,对SDS捕收剂浮选石英均有活化作用,而活化后的石英与SDS作用,其间既包括物理吸附,也包括化学吸附;而且Fe~(3+)活化作用下的Si—O特征峰红移波数大于Ca~(2+)活化作用下的红移波数,是由于Ca~(2+)活化石英是单氧-硅键作用,其键能小,吸附弱,而Fe~(3+)活化石英是双氧-硅键作用,其键能大,吸附强。XPS测试表明, Fe~(3+)活化石英的结合能(Fe(2p)结合能为711.16 eV)强于Ca~(2+)活化石英的结合能(Ca(2p)结合能为346.93 eV),其Si(2s)和Si(2p)结合能化学位移量更大,说明Fe~(3+)活化作用下其化学吸附更稳定、更致密,且产生两个活性位点,在石英表面生成稳定的Fe基六元环螯合物;而对比Fe~(3+)和Ca~(2+)活化作用下的化学吸附不稳定、不致密,在石英表面生成Ca基链状络合物。综合红外光谱、 XPS分析表明, Fe~(3+)比Ca~(2+)有更强的活化作用,同时加强了药剂与石英表面的化学吸附和物理吸附,更利于活化石英的浮选。     

Ca~(2+)掺杂对SmFeO_3的介电、铁磁特性及磁相变温度的影响

采用固相反应法制备Sm_(1-x)Ca_xFeO_3(x=0,0.1,0.2,0.3)样品,研究Ca~(2+)掺杂对SmFeO_3介电性能、铁磁性及磁相变温度的影响.X射线衍射图谱分析表明:所有样品的主衍射峰与SmFe03相符合且具有良好的晶体结构.随着x的增加,SmFeO_3样品的晶粒尺寸由原来的0.5μm逐渐增大到2μm.当f=1 kHz时,Sm_(1-x)Ca_xFeO_3(x=0.1,0.2,0.3)样品的ε_r分别是SmFe03的5倍、3倍和2.6倍,而tgσ增大一个数量级.在3T磁场作用下,SmFe03样品的M-H呈线性,随着x的增加,M-H逐渐趋向饱和,Sm_(1-x)Ca_xFeO_3(x=0.1,0.2,0.3)样品的M_r分别是SmFeO_3的20倍、31倍和68倍.X射线光电子能谱分析表明:Fe~(2+)和Fe3+共存于Sm_(1-x)Ca_xFeO_3样品中,Fe~(2+)/Fe~(3+)比例随着x的增加而增大,证明Ca~(2+)掺杂增加了Fe~(2+)的含量,形成Fe~(2+)—O~(2-)—Fe~(3+)超交换作用,增强SmFe03的铁磁特性.测量了Sm_(1-x)Ca_xFeO_3样品在外加磁场为1000 Oe(1 Oe=79.5775 A/m)的M-T变化关系,观测到其自旋重组温度(T_(SR))和尼尔温度(T_N)分别为438 K和687 K,发现SmFe03样品的T_(SR)和T_N均随着x的增加向低温方向移动,当x=0.3时,自旋重组现象消失.这主要是SmFeO_3样品磁结构的稳定性和Fe~(3+)—O~(2-)—Fe~(3+)及Sm~(3+)—O~(2-)—Fe~(3+)超交换三者共同作用的结果.     

Dy~(3+)和Tb~(3+)掺杂镓硼锗硅酸盐玻璃发光性能

采用高温熔融法分别制备了高含量Tb~(3+)单掺和Dy~(3+)/Tb~(3+)共掺的镓硼锗硅酸盐(GBSG)发光玻璃,并分析了其光谱性能。根据Dy~(3+)和Tb~(3+)掺杂的镓硼锗硅酸盐(GBSG)玻璃的激发和发射光谱、荧光寿命衰减曲线等特性,探讨了Dy~(3+)与Tb~(3+)之间的能量传递关系。结果表明:玻璃的发光强度和荧光寿命随着Tb~(3+)、Dy~(3+)含量的增加而减少。与相同摩尔浓度的单掺玻璃相比,共掺玻璃发光强度的衰减速率先减慢而后加快。Tb~(3+)、Dy~(3+)离子之间的能量传递方式为无辐射共振能量传递和~4F_(9/2)+~7F_6→~6H_(15/2)+~5D_4交叉弛豫效应。     

Nd~(3+)/Yb~(3+)共掺磷酸盐玻璃光纤的发光与激光特性研究

以970 nm和808 nm半导体激光器作为抽运源,从光纤长度和抽运功率两个方面,探讨了Nd~(3+)/Yb~(3+)摩尔浓度比约为4:1的共掺磷酸盐玻璃光纤的发光与激光特性.在970 nm抽运下,光纤光谱以Yb~(3+)离子的发光为主,但Yb~(3+)→Nd~(3+)能量传递会对光纤光谱(激光和受激放大自发辐射)产生调制作用,调制作用随970 nm抽运功率或光纤长度的增加而显著,甚至出现显著的双波长激光现象.尽管玻璃样品中Nd~(3+)→Yb~(3+)的能量传递效率ηNd→Yb高达64%,但在808 nm抽运下,激光峰始终在1053 nm附近产生,且与808 nm抽运功率大小和光纤长度无关.为解释这一现象,推导了考虑Nd~(3+)离子受激辐射的能量传递模型.从理论模型来看,Nd~(3+)→Yb~(3+)能量传递作用随Nd~(3+)离子受激辐射信号光强度的增加而迅速减弱,这与该光纤实际测试的荧光光谱随808 nm抽运功率的变化规律相符合.因此,当采用Nd~(3+)离子来敏化Yb~(3+)离子时,需要考虑Nd~(3+)离子的受激辐射对Nd~(3+)→Yb~(3+)能量传递的抑制作用.     

氟化物、氟磷酸盐和磷酸盐玻璃中Er~(3+)离子的发光研究

测定了氟化物、氟磷酸盐和磷酸盐玻璃中Er~(3+)离子的吸收、荧光和激发光谱,解释了基质玻璃对Er~(3+)离子发光的影响。进一步研究了在这三种基质玻璃中Er~(3+)离子发光的浓度效应和温度效应,讨论了Er~(3+)离子内和离子间的能量转移过程。     

静水压下MgO:Fe~(3+)和MgO:Mn~(2+)的电子顺磁共振研究

考虑到中心金属离子、配位体的微观结构以及静水压下络离子微观环境的变化同电子顺磁共振零场分裂的内在联系,研究了MgO:Fe~(3+)和MgO:Mn~(2+)离子的零场分裂立方分量a及其随静水压变化的关系,合理地解释了a(Fe~(3+))/a(Mn~(2+))相差一个数量级并不防群水压变化的疑惑. 关键词：     

Dy~(3+)-Tb~(3+)掺杂氟氧碲酸盐玻璃的光谱性能研究

实验采用高温熔融法制备了一系列Dy3+离子、Tb3+离子单掺或共掺氟氧碲酸盐玻璃样品.测试了不同摩尔含量的Dy3+离子和Tb3+离子的氟氧碲酸盐玻璃样品的密度,分析了紫外-可见透射光谱、激发光谱、发射光谱、发光衰减曲线,研究了不同摩尔含量的Dy3+离子和Tb3+离子的氟氧碲酸盐玻璃样品光谱性能及Dy3+离子到Tb3+离子能量传递机理.结果表明:Dy3+离子、Tb3+离子单掺或共掺氟氧碲酸盐玻璃样品的密度均大于5g·cm-3,最大可达6.09g·cm-3;Dy3+离子可以敏化Tb3+离子,促进其发光,但当Dy3+离子超过一定浓度后,会发生离子间浓度猝灭效应,Tb3+离子的发光反而降低.试验测得,Dy3+离子的最佳掺杂浓度为1.0mol%,此时,Tb3+离子掺杂浓度为6.0mol%,Tb3+离子发光效果最强.依据Dexter能量传输理论,并对Dy3+离子和Tb3+离子的能级图及能级间的跃迁进行分析,可知Dy3+离子和Tb3+离子间的能量传递方式为非辐射共振传递.     

α-Al_2O_3单晶中Fe~(3+)离子的电子顺磁共振

本文对α-Al_2O_3单晶体中Fe~(3+)离子在室温下,X波段进行了电子顺磁共振研究,发现Fe~(3+)离子实际上占据四种磁性不等价晶位。在同一氧离子层间的两种晶位上的Fe~(3+)离子具有相同的自旋哈密顿参量,而不同氧离子层间的晶位上的Fe~(3+)离子具有不同的自旋哈密顿参量,两种自旋哈密顿参量为:(1)g=2.001,g=2.003,D=1679×10~(-4)cm~(-1),|α|=237×10~(-4)cm~(-1),α—F=317×10~(-4)cm~(-1);(2)g=2.001,g=2.006,D=1660×10~(-4)cm~(-1),|α|=243×10~(-4)cm~(-1),α—F=338×10~(-4)cm~(-1)。