Hf4+共掺NaYF4:Yb/Tm提高上转换发光性能研究

利用X射线多晶衍射仪、场发射扫描电镜、场发射透射电镜、X射线光电子能谱和荧光光谱仪对相近半径离子Hf⁴⁺和Zr⁴⁺共掺六方NaYF₄:Yb³⁺/Tm³⁺的结构、形貌和上转换发光性能进行研究.结果表明Hf⁴⁺和Zr⁴⁺离子共掺六方NaYF₄:Yb³⁺/Tm³⁺可有效调控晶场的不对称性, Hf⁴⁺相对于Zr⁴⁺是个更好的掺杂离子,它在调控晶场的同时还参与Tm³⁺离子上转换发光的能量传递过程,明显提高了短波500 nm以下发射带的荧光强度;而Zr⁴⁺离子仅扮演晶场调控角色而未能参与稀土离子Tm³⁺的上转换发光过程, Tm³⁺离子小于500 nm短波发射带的荧光强度没有得到明显的提高,仅提高802 nm发射带的荧光强度.该研究发现Hf⁴⁺可作为蓄能离子参与稀土离子的上转换发光过程,有助于将Hf⁴⁺作为蓄能离子和晶格操纵工具用于设计和制备其它高性能的稀土上转换发光材料.     

Er3+/Tm3+共掺镱基纳米晶上转换白光调控及应用

稀土掺杂上转换白光材料在固态照明、液晶显示器和信息防伪等领域具有重要应用前景。然而,以前的工作主要集中在惰性基质材料体系,难以大幅提升敏化剂掺杂浓度,大大限制了上转换白光发射强度。为解决这一问题,提出一种基于LiYbF₄@LiYF₄的核壳纳米结构设计,以敏化剂LiYbF₄基质为晶核并掺杂适当浓度的激活剂Er³⁺和Tm³⁺,成功实现980nm激发的上转换白光发射。进一步设计了LiYbF₄∶Er/Tm@LiYbF₄@LiYF₄∶Nd核壳壳结构,利用Nd³⁺吸收808nm激发光,实现了980和808nm双通道激发的上转换白光发射。将白光上转换纳米晶结合940nm近红外芯片封装成发光二极管(LED)器件,施加300mA电流激发出明亮的白光,展示了其在白光LED方面的应用潜力。     

通过Bi3+发光特征判定“争议”格位——以Ca2MgSi2O7:Bi3+荧光粉为例

在以往的研究工作中,人们经常关注给定基质具有多个格位所对应多发光中心的光致发射。 取决于所掺杂的基质,多个格位的晶体化合物应该可以提供相应的多发光中心,但某些化合物有时只会表现一个发光中心,由此产生“争议性”发光中心。 据以往研究,以稀土离子掺杂而为人所知的经典镁黄长石(Ca₂MgSi₂O₇)长余辉化合物具有“争议性”Ca格位。 为此,在本文中以非稀土离子(Bi³⁺)特有的发光特性从侧面来研究Ca₂MgSi₂O₇化合物中的“争议性”Ca格位问题。 结果表明,在250和276 nm激发波长激发下,所有的Bi³⁺掺杂Ca₂MgSi₂O₇样品均有峰位位于582和350 nm的两个Bi³⁺特征发射带。结合晶体结构分析,光谱结果表明,Ca₂MgSi₂O₇:Bi³⁺荧光粉具有对应于六配位和八配位的两个不同Ca²⁺格位的两个Bi³⁺发光中心,即,Bi³⁺(Ⅰ)(~582 nm)和Bi³⁺(Ⅱ)(~350 nm)发光中心。 此外,光谱分析进一步表明,Bi³⁺(Ⅰ)与Bi³⁺(Ⅱ)具有单向的能量传递,而且,发现这两个发光中心所对应的相对发射强度是依赖于激发波长和Bi³⁺掺杂浓度。 实验证明了Ca₂MgSi₂O₇晶体化合物具有两个Ca格位,而不是有些工作中所讨论的一个Ca格位。 本文工作可以为已知或未知的具有“争议性”格位的晶体化合物的验证提供新的借鉴。     

NaYF4:Nd3+,Yb3+纳米粒子用于生物体系温度测量

采用溶剂热法制备了Nd³⁺敏化Yb³⁺的近红外纳米探针NaYF₄:Nd³⁺,Yb³⁺,观察到材料在980与865 nm两处发光峰的强度比值随温度的升高而降低。通过对探针中Nd³⁺/Yb³⁺比例的调节,综合考虑材料的发光强度与温敏效率,确定了NaYF4:2%Nd, 20%Yb为所测条件下适用于测量生物体系温度的较优组成。材料转水相前后温敏效率均随着Yb³⁺离子掺杂增加而提高,环己烷中最高可达1.9%·K^-1,水相中最高为0.46%·K^-1。通过盖肉片模拟及激光加热活体成像实验,研究了温敏材料在生物环境中发光随温度的变化情况,以及组织遮挡前后荧光比值未发生明显变化的结果,初步验证了使用该探针测量生物体系温度的可行性。     

单一基质白光荧光粉Na3Sc2(PO4)3∶Tm3+,Dy3+的合成及发光性质

采用高温固相法成功制备了Na₃Sc_2-x-y(PO₄)₃∶xTm³⁺,yDy³⁺荧光粉,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和荧光光谱仪对荧光粉进行了物相、形貌和发光性能进行了表征。 在Na₃Sc₂(PO₄)₃∶0.06Tm³⁺,yDy³⁺荧光粉中,物质的量分数6%的Tm³⁺和6%的Dy³⁺在360 nm激发下呈现出白光发射,其发射光谱在460~685 nm范围内存在Tm³⁺位于457 nm的特征发射峰,对应于Tm³⁺的³H₆→¹D₂跃迁,以及Dy³⁺位于483、577和672 nm处的3个特征发射峰,分别对应于Dy³⁺的⁴F_9/2→⁶H_15/2、⁴F_9/2→⁶H_13/2和⁴F_9/2→⁶H_11/2的跃迁。 观测到Na₃Sc₂(PO₄)₃∶Tm³⁺荧光粉的发射光谱与Na₃Sc₂(PO₄)₃∶Dy³⁺的激发光谱有较好的重叠,且Tm³⁺的荧光寿命随Dy³⁺浓度的增加逐渐降低,因此在Na₃Sc₂(PO₄)₃∶Tm³⁺,Dy³⁺荧光粉中存在Tm³⁺向Dy³⁺的能量传递。 利用Dexter和Reisfeld近似分析了能量转移机制,发现从Tm³⁺到Dy³⁺的能量传递临界距离为1.6 nm,能量传递过程是通过偶极-偶极相互作用进行的。 Na₃Sc₂(PO₄)₃∶0.06Tm³⁺,0.06Dy³⁺荧光粉具有较好的耐受热猝灭性能,在423、473和523 K时的发射强度分别为298 K时发射强度的97.6%、89.2%和78.6%。 随着Dy³⁺浓度的增加,Na₃Sc₂(PO₄)₃∶0.06Tm³⁺,yDy³⁺荧光粉的发光颜色由蓝色转变为白色,再由白色变黄色。 Na₃Sc₂(PO₄)₃∶Tm³⁺,Dy³⁺荧光粉作为一种可调色或单相白光荧光粉在发光二极管上具有潜在的应用前景。     

亚晶格能量团簇构建及晶场调控对四方LiYF4:RE上转换发光机制的影响研究

四方LiYF₄是一种与六方NaYF₄相当的稀土上转换发光基质材料,由于相对优异的短波上转换发光特性,近年受到业界的相当关注,但对产生这一优异特性的原因还未见报道.经研究发现,四方LiYF₄具有六边环状亚晶格结构,每5个间距小于0.4 nm的近邻三价阳离子形成一个团簇,稀土离子间的能量传递容易在团簇内或六边形环内环绕传递.基于它的这一亚晶格结构特征,本工作通过引入不同量敏化剂Yb³⁺和掺杂离子Sc³⁺和Hf⁴⁺,考察不同激活离子Er³⁺、Ho³⁺和Tm³⁺与敏化离子Yb³⁺构建亚晶格能量团簇以及异质离子Sc³⁺和Hf⁴⁺掺杂晶场调控对稀土离子上转换发光性能的影响机制.发现不同稀土离子与Yb³⁺存在不同的能级匹配,导致不同概率的无辐射交叉弛豫行为,当引入适量的Yb³⁺时,可分别构建1Er-2Yb、1Ho-2Yb和1Tm-4Yb亚晶格能量团簇,实现最佳的上转换发光性能;当6 mol% Sc³⁺和4 mol% Hf⁴⁺引入时,可有效调控晶场的不对称性;掺杂后,5个近邻三价离子的团簇结构中,只有3个近邻Yb³⁺离子,无法同时实现Er³⁺离子的⁴F_5/2和Sc³⁺的²G_7/2或Hf⁴⁺的⁴F_5/2^o激发态的双光子合作上转换电子布居,导致Sc³⁺或Hf⁴⁺成为荧光猝灭中心,Sc³⁺掺杂晶场调控最大仅提升50%的荧光强度,Hf⁴⁺掺杂没有提升反而降低Er³⁺离子的上转换发光强度,不同于它们掺杂六方NaYF₄：Er/Yb那样扮演储能离子角色,显著提升Er³⁺离子的短波上转换发光强度.本研究揭示了在六边环状亚晶格基质结构中不同稀土离子与敏化剂Yb³⁺的敏化上转换发光机制,以及基质结构特征对掺杂晶场调控行为的影响机制,可为设计和制备高性能上转换发光材料提供借鉴.     

Lu(La)2O3微米晶中提高Bi3+离子下转换蓝光发光性能的研究

采用尿素沉淀法制备一系列Bi³⁺/La³⁺共掺Lu₂O₃和Bi³⁺/Lu³⁺共掺La₂O₃微米晶。在掺杂Bi³⁺离子的Lu₂O₃微米晶中,C₂位点的Bi³⁺离子可以将吸收的能量转移给S₆位点的Bi³⁺离子。同时,在Lu₂O₃:1%Bi³⁺,0～5%(摩尔分数,下同)La³⁺微米晶中,372和337 nm(C₂和S₆位点的Bi³⁺离子)紫外光的激发下,Bi³⁺离子的发射峰强度随着La³⁺离子掺杂浓度的增加而增加,掺杂5%La³⁺时与不掺杂La     

Cs2ZnCl4∶Ce3+,Mn2+的合成及其多模发光性能

近年来,低维无铅金属卤化物由于其独特的光学性质、低毒性和优异的环境稳定性等优点受到了广泛关注。采用水热法成功制备Cs₂ZnCl₄∶Ce³⁺、Cs₂ZnCl₄∶Mn²⁺以及Cs₂ZnCl₄∶Ce³⁺,Mn²⁺等微米晶,并利用X射线衍射仪、荧光光谱仪等表征手段对其物相和发光特性进行了系统性研究。研究结果表明,Cs₂ZnCl₄微米晶为正交相零维结构,其发射光谱依赖于掺杂离子的激发波长,例如,Ce³⁺离子掺杂的Cs₂ZnCl₄微米晶在254nm的激发条件下,其发射光谱峰位位于350nm,对应于Ce³⁺离子4f-5d的跃迁;Mn²⁺离子掺杂的Cs₂ZnCl₄微米晶在361nm的激发条件...     

发光颜色可调的白磷钙矿结构Ca8MgBi(PO4)7∶Ce3+，Tb3+荧光粉的制备、发光性能及能量传递

采用具有白磷钙矿结构的磷酸盐作为目标产物,通过高温固相法制备了发光颜色可调的Ca₈MgBi(PO₄)₇∶Ce³⁺,Tb³⁺荧光粉。利用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和荧光光谱等表征手段对其物相组成、微观形貌及发光性能进行了详细研究。结果表明：掺杂少量的Ce³⁺、Tb³⁺并没有改变Ca₈MgBi(PO₄)₇基质的晶体结构。荧光光谱和荧光寿命曲线确定了Ce³⁺-Tb³⁺之间存在能量传递,其能量传递机制为四极-四极相互作用,能量传递效率可达81%。固定Ce³⁺浓度而逐渐增加Tb³⁺的掺杂量时,系列Ca₈MgBi(PO₄)₇∶0.08Ce³⁺,yTb³⁺荧光粉的发...     

Bi3+掺杂对YVO4:Yb3+近红外发光的敏化作用

用主温固相法合成了Yb³⁺、Bi³⁺共掺的YVO₄,研究了Bi³⁺的掺入对YVO₄:Yb³⁺发光光谱的影响和近红外发光的敏化作用.X射线衍射图谱研究表明:掺入Yb³⁺、Bi³⁺之后,基质YVO₄的晶格结构没有发生明显变化.Bi³⁺的掺入不仅显著增强了样品中Yb³⁺的特征远红外发光强度,还使YVO₄:Yb³⁺激发光谱的范围红移,当Bi³⁺掺入的摩尔分数从0增加到0.05时,样品的最强激发峰位置从335nm红移至352 nm,激发光谱范围由300-360 nm扩宽至300-430 nm.优化的Bi³⁺掺入量为0.03.初步讨论了VO₄^3-,Bi³⁺Yb³⁺间的能量传递机理.结果表明Bi^3-的共掺使YVO₄:Yb³⁺样品对长波紫外光的响应性能大大改善,作为一种基于量子剪裁的光谱转换材料,可以更好地匹配太阳光的能量谱,有助于提高硅太阳能电池的光电转换效率.     

Er0.5Eu0.5(TTA)3phen/PMMA温敏漆的光学性质研究

利用自由基聚合作用制备了Er_0.5Eu_0.5(TTA)₃phen/PMMA温敏漆,并对其光学性质进行了研究。研究结果表明,稀土离子与配体配位成键;Er³⁺的掺杂对温敏漆荧光发射具有增益作用;20～70℃范围内,温敏漆具有热猝灭性质;Er³⁺的掺杂能够提高温敏漆的相对荧光强度变化率及测温灵敏度。Er_0.5Eu_0.5(TTA)₃phen/PMMA温敏漆作为新型示温材料,在飞行器热密度测量技术等方面具有潜在应用价值。     

LiBa0.95-yBO3∶0.05Tb3+,yBi3+荧光粉的制备及荧光性质

以硼酸和碳酸盐为原料,用高温固相法制备了可被(近)紫外光(369、254 nm)有效激发的Tb³⁺单掺杂Li Ba1-xBO3∶xTb³⁺(物质的量分数x=0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07)及Bi³⁺和Tb³⁺共掺杂LiBa_0.95-yBO₃∶0.05Tb³⁺,y Bi³⁺(物质的量分数y=0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07)的2个系列荧光粉,产物的结构和形貌分别用粉末X射线衍射(PXRD)和扫描电子显微镜进行表征。PXRD测定结果表明2个系列的产物均为纯相LiBaBO3。通过对第一系列产物荧光光谱的测定,筛选出发光强度最好的产物,据此确定铽离子的最佳掺杂量;在此基础上制备出铋离子掺杂量不同的第二系列荧光粉。荧光光谱测定的实验结果表明,Tb³⁺/Bi³⁺共掺杂的荧光粉的发光强度好于Tb³⁺单掺杂的荧光粉,这说明Bi³⁺对Tb³⁺有敏化作用;而且随着Bi³⁺掺杂量的增加,产物的荧光强度表现出先增加后减小的趋势,当Bi³⁺的掺杂量y=0.03时,产物的荧光强度达到最大。Bi³⁺和Tb³⁺之间存在偶极-四极相互作用而进行能量传递。系列荧光粉的CIE坐标显示其发光颜色在一定程度上呈现出由绿色光到白光的渐变趋势。     

新型Ce3+掺杂亚磷酸锰开放骨架材料的合成与荧光性质

通过高通量实验方法制备了一系列新型的Ce³⁺离子掺杂亚磷酸锰(NH₄)₄[Mn_4-xCe_x(HPO₃)₆](简称JIS-10∶xCe³⁺) 无机开放骨架材料. 通过粉末X射线衍射(PXRD)谱图、 扫描电子显微镜(SEM)、 微量元素能谱(EDS)、 X射线光电子能谱(XPS)、 傅里叶变换红外(FTIR)光谱和光致发光(PL)光谱等手段对该材料进行了表征, 并研究了Ce³⁺离子掺杂浓度、 反应温度和时间对晶体相变和发光性能的影响. 结果表明, 在波长260 nm的光激发下, Ce³⁺离子在500 nm处有1个绿光发射带而Mn²⁺离子在590 nm处有1个黄光发射带. 调变JIS-10∶xCe³⁺材料中Ce³⁺离子的掺杂浓度发现, 当x=0.06^{时, 即Ce3+离子的掺杂浓度较低时, 样品的发射颜色为黄绿色, 其CIE坐标为(0.38, 0.48); 当Ce3+离子的掺杂浓度增加时, 绿色发光带的增长快于黄色发光带的增长, 从而调整发射颜色; 在x=1.33时观察到最强的发射, 浓度过高发生浓度猝灭.}     

全光谱白光发光二极管用Eu3+掺杂Ca2KZn2(VO4)3黄色荧光粉的制备及光学性能

基于蓝光芯片激发黄色荧光粉或近紫外芯片激发三基色荧光粉构建的白光发光二极管(WLED)在青光区域呈现明显的凹口,导致白光的色彩性能不够理想。为了弥补这一缺陷,实现全光谱白光,我们设计了Eu³⁺掺杂Ca₂KZn₂(VO₄)₃黄色荧光粉,其发射波长范围为400~750 nm。在387 nm激发下,在所制荧光粉中可同时获得来自VO₄^3-基团和Eu³⁺的发射光。Eu³⁺在Ca₂KZn₂(VO₄)₃基质中的最佳掺杂浓度(物质的量分数)为0.05,且VO₄^3-基团向Eu³⁺的能量传递效率达到64.9%。基于变温的发射光谱,揭示了所制荧光粉的热稳定性并发现VO₄^3-基团和Eu³⁺的激活能分别为0.538和0.510 eV。此外,将所制黄色荧光粉与商用蓝色荧光粉和近紫外芯片进行封装整合,得到可发射暖白光的WLED器件,其色温和显色指数分别为3843 K和85.8。     

NaYF4:Yb3+/Er3+单颗粒微米棒偏振上转换发光及其取向示踪※

稀土掺杂微/纳材料的偏振上转换发光在单颗粒示踪和生物医学等领域具有广泛的应用前景. 稀土离子的偏振上转换发光主要取决于其局域态的电子结构和激发态动力学. 利用单颗粒偏振上转换光学测试平台对β-NaYF₄:Yb³⁺/ Er³⁺微米棒的偏振上转换发光进行了系统研究. 随发射偏振角的变化, 单个微米棒的上转换发光强度发生周期性改变, 且来自Er³⁺同一光谱支项的不同晶体场子能级跃迁的偏振方向不同. 与光谱支项整体的上转换发光相比, 其晶体场子能级上转换发光表现出更大的发射偏振度. 利用Er³⁺高度偏振的晶体场跃迁谱线, 实现了对单个微米棒空间取向的动态分析, 揭示了NaYF₄:Yb³⁺/Er³⁺微米棒作为偏振各向异性的上转换荧光探针在单颗粒取向示踪方面的潜在应用.     

高效率Tb3+单掺绿色荧光粉的光致/应力发光研究

稀土离子Tb³⁺被视为当前绿色荧光材料中最具潜力的激活剂之一.采用高温固相法制备了新型绿色荧光粉β-KMg(PO₃)₃:Tb³⁺,其在紫外光区域具有强的f-f跃迁激发峰,呈现出较高的荧光量子产率(90.74%),且色度坐标与商用绿色荧光粉接近,其发射峰源于Tb³⁺的⁵D₄-⁷F_J (J=6, 5, 4, 3)跃迁发射; Tb³⁺占据Mg²⁺格位,由于电荷差而产生的缺陷被热释光验证,多种深度陷阱能级的存在使得该荧光粉具备优异的热稳定性.更重要的是,β-KMg(PO₃)₃:Tb³⁺呈现出优异的应力发光特性,在应力刺激下陷阱能级中的电子及空穴分别被释放回Tb³⁺的激发态及基态,实现Tb³⁺的⁵D₃-     

锌-稀土矩形纳米簇的构筑及近红外发光性能

本文设计了一个新型含苯-甲基-苯骨架的席夫碱配体,构筑了两个具有矩形结构的锌-稀土纳米簇[Ln₂Zn₂L₂(OAc)₆] (Ln = Yb (1)和Er (2))。该席夫碱配体以“伸展型”配位模式与稀土离子进行配位,使这些锌-稀土纳米簇表现出较大的分子尺寸结构(0.7 nm × 1.1 nm × 2.2 nm)。荧光性质研究表明,由Zn/L组成的发色基团能有效敏化1和2中Yb³⁺和Er³⁺离子的近红外发光。通过对荧光量子产率及寿命进行分析发现,Zn/L对Yb³⁺离子的传能效率要高于Er³⁺离子。     

水杨酸盐敏化BaF2∶Tb3+纳米粒子中的Tb3+离子发光

采用水热法制备了均匀、单分散的BaF₂∶Tb³⁺纳米粒子,并采用离子交换法制备了水杨酸钠敏化的BaF₂∶Tb³⁺纳米粒子(SS-BaF₂∶Tb³⁺)。 系统地研究了样品的结构、形貌和光致发光性质。 结果表明,监测Tb³⁺离子在547 nm的⁵D₄→⁷F₅跃迁,SS-BaF₂∶Tb³⁺纳米粒子获得了从200 nm到385 nm波长范围宽的激发带;激发SS的π-π^*电子跃迁吸收,由于SS到Tb³⁺的能量传递(“天线效应”),SS-BaF₂∶Tb³⁺纳米粒子产生了增强的Tb³⁺离子绿光发射;敏化纳米粒子中Tb³⁺离子光致发光寿命比未敏化纳米粒子中Tb³⁺离子寿命长。     

KSrBP2O8:RE(RE=Eu2+,Tb3+,Eu3+)荧光粉的制备与发光性能研究

采用高温固相反应法制备了KSrBP2O8:RE(RE=Eu2+,Tb3+,Eu3+)系列荧光粉。利用X射线衍射仪对样品的物相结构进行了分析,结果表明:稀土离子的掺入没有改变荧光粉的主晶相。利用荧光光谱仪对样品的发光性能进行了测试,发现在近紫外光激发下掺杂Eu2+离子的样品具有宽带发射峰,最强发射位于450 nm左右,对应于Eu2+离子的4f65d1→4f7辐射跃迁。随着Eu2+掺杂量的增加,发射光从蓝光逐渐转变到蓝白光。另外,KSrBP2O8:Tb3+和KSrBP2O8:Eu3+能够在近紫外光激发下分别发射出绿光和红光,其最佳掺杂浓度分别为0.04%和0.08%(摩尔分数)。     

稀土掺杂NaLuF4超薄纳米片的上转换发光特性研究

基体材料的特性和敏化离子对于稀土发光离子的发光特性有显著影响。通过在高效上转换基体材料NaLuF4掺杂Nd3+和Yb3+两种离子共同敏化发光离子Er3+,采用水热法合成了Nd3+,Yb3+,Er3+三种稀土离子掺杂的NaLuF4超薄六角纳米片,利用透射电镜、X射线衍射确定了其形貌和晶体结构。在980 nm红外光激发下测试了其上转换发光特征、荧光衰减、总体发光强度。荧光光谱表明未掺杂Nd3+离子的样品,随着Yb3+敏化离子浓度的增加(2%~12%(摩尔分数)),中心波长为539 nm的绿光强度相对于中心波长为654 nm的红光单调减弱;掺杂3%Nd3+的绿光发射强度随Yb3+离子增加先增强,后减弱。结合简化能级图分析了上转换发光过程与机制。