Sr_3Al_2O_6∶Tb~(3+),Yb~(3+)荧光粉的近红外量子剪裁效应

硅材料带隙与太阳光子光谱的失配导致了比较严重的光子损失,大大降低了硅太阳能电池的效率。为了减少入射光子的损失,可以利用具有近红外量子剪裁效应的光谱转换材料来提高硅太阳能电池的效率。本研究采用溶胶凝胶法制备了Sr_3Al_2O_6∶Tb~(3+),Yb~(3+)荧光粉,并研究了其近红外量子剪裁效应。实验结果表明:在320 nm的紫外光激发下,Sr_3Al_2O_6∶Tb~(3+),Yb~(3+)荧光粉发射出Tb~(3+):5D4→~7F_j的可见光;另外,由于Tb~(3+)、Yb~(3+)离子之间的合作能量传递,得到了Yb~(3+):~7F_(5/2)→7F7/2的近红外发光。荧光寿命衰减证明Tb~(3+)到Yb~(3+)之间的确存在合作能量传递,而且存在量子剪裁效应,其中,能量传递效率为35.9%,量子剪裁效率为135.9%。由于Yb~(3+)的发射光谱与硅太阳能电池的吸收匹配,Sr_3Al_2O_6∶Tb~(3+),Yb~(3+)荧光粉有可能作为潜在的光谱转换材料应用于硅太阳能电池以提高其光电转换效率。     

Ce~(3+)-Yb~(3+)共掺YAG荧光粉量子剪裁发光的浓度及温度特性

采用高温固相法制备了不同掺杂浓度的YAG∶1%Ce~(3+),x%Yb~(3+)(x=5,10,15,20,25)系列荧光粉。在450 nm蓝光激发下,测试了样品的发射光谱,得到了中心波长在550 nm的可见宽带发射(Ce~(3+):5d→4f)和1 030 nm的近红外发射(Yb~(3+):2F_(5/2)→2F_(7/2))。可见和近红外发射强度随Yb~(3+)掺杂浓度的变化表明Ce~(3+)到Yb~(3+)存在能量传递过程,并得到Yb~(3+)的猝灭浓度为15%。在低温条件下(80~300 K)测试YAG∶1%Ce~(3+),15%Yb~(3+)样品的发射光谱和拉曼光谱,通过对其量子剪裁发光温度特性的分析,描述了基质声子在Ce~(3+)到Yb~(3+)的能量传递过程中起到的重要作用。     

近红外发射CdSeTe量子点测定铜离子

以CdCl₂·2.5H₂O、Na₂SeO₃、Na₂TeO₃和N₂H₄·H₂O为反应物,以3-巯基丙酸（MPA）为稳定剂制备CdSeTe量子点。与CdTe量子点相比,CdSeTe合金量子点的发射光谱明显红移,发光颜色可扩展至近红外波段范围。基于铜离子能有效猝灭CdSeTe合金量子点荧光的特性,开发了一种用近红外CdSeTe量子点为荧光探针测定铜离子浓度的分析方法。在最佳实验条件下,该方法的线性检测范围为10～200 μg/L,检测上限为1.13 μg/L。应用于实际样品中铜的测定,结果与ICP测定值非常吻合。     

近红外发射CdSeTe量子点测定铜离子

以CdCl2·2.5H2O、Na2SeO3、Na2TeO3和N2H4·H2O为反应物,以3-巯基丙酸(MPA)为稳定剂制备CdSeTe量子点。与CdTe量子点相比,CdSeTe合金量子点的发射光谱明显红移,发光颜色可扩展至近红外波段范围。基于铜离子能有效猝灭CdSeTe合金量子点荧光的特性,开发了一种用近红外CdSeTe量子点为荧光探针测定铜离子浓度的分析方法。在最佳实验条件下,该方法的线性检测范围为10~200μg/L,检测上限为1.13μg/L。应用于实际样品中铜的测定,结果与ICP测定值非常吻合。     

Ce3+和Yb3+共掺杂的Y3Al5O12 可见及量子剪裁近红外发光性质

室温下观察了YAG：Ce和YAG：Ce,Yb材料在可见以及近红外区域的发光特性,并通过对Ce³⁺的5d能级辐射跃迁寿命以及Yb³⁺的²F_5/2能级布居时间和辐射跃迁寿命的比较研究,提出了光诱导的电荷转移态以及电荷转移辐射跃迁的能量传递机制,同时借助于能级图描述了从Ce³⁺到Yb³⁺的量子剪裁近红外发光过程。     

Er~(3+)及Er~(3+)/Yb~(3+)掺杂ZrO_2-Al_2O_3的制备及发光性质

采用共沉淀法制备了纳米晶ZrO2-Al2O3∶Er3+发光粉体.所制备的粉体室温下具有Er3+离子特征荧光发射,主发射在绿光,其中位于547nm、560nm的绿光最强,并得出稀土离子与基质之间有能量传递.对不同煅烧温度下的样品研究表明:因不同温度下所制得的样品晶相不同.研究了纳米晶ZrO2-Al2O3∶Er3+及ZrO2-Al2O3∶Er3+/Yb3+的上转换发光,并分析了上转换的跃迁机制.发现ZrO2-Al2O3∶Er3+的绿光为双光子过程,而ZrO2-Al2O3∶Er3+、Yb3+的上转换光谱中,红光和绿光也为双光子过程,而极弱的蓝光为三光子过程.讨论了Er3+的浓度猝灭现象.最适宜掺杂浓度的原子分数为2%(Er3+/Zr4+).     

铌酸钇里Bi~(3+)敏化Tm~(3+)的近红外量子剪裁发光的浓度效应

寻找新能源为全球目前面临着的重要课题,其中最理想的新能源为太阳能。近红外量子剪裁发光方法可以把硅或锗太阳能电池响应不够灵敏的大能量光子成倍的转换成为太阳能电池响应灵敏的小能量光子,能够解决光谱失配的问题,较大幅度的提高太阳能电池的效率。很有意义。报道了掺Tm~(3+)Bi~(3+)的铌酸钇磷光粉样品材料的近红外量子剪裁发光的浓度效应。通过测量激发谱与发光谱,发现Tm_(0.058)Bi_(0.010)Y_(0.932)NbO_4有很强的1 820.0 nm近红外量子剪裁发光;进一步的分析发现,它们是由交叉能量传递过程导致的多光子量子剪裁发光;还发现了有着很强的Bi~(3+)对Tm~(3+)的敏化近红外量子剪裁发光,302.0 nm光激发导致的Tm_(0.058)Bi_(0.010)Y_(0.932)NbO_4相对Tm_(0.058)Y_(0.995)NbO_4的1820.0 nm近红外量子剪裁发光的增强达到175.5倍。该结果对探索多光子近红外量子剪裁锗太阳能电池比较有意义。     

一步合成硫、氮共掺杂的碳量子点及其在Fe~(3+)检测中的应用

碳量子点的光致发光性质不仅决定于尺寸还依赖于它的表面态,因此通过在碳量子点表面掺杂或嫁接不同元素与基团有望调节它的荧光发射行为。为了研究多种元素掺杂对碳量子点发光性质的影响,本文以对氨基苯磺酸为原料,通过水热法一步合成了氮、硫共掺杂的碳量子点。实验结果表明:制备的碳量子点尺寸分布均匀,氮、硫分别以氨基和磺酸基团的形式存在于碳量子点的表面。与已有的报道不同,碳量子点展现出了非激发波长依赖的蓝光发射行为,三价铁离子可有效猝灭其荧光,铁离子浓度在0~10-3mol·L-1范围内与碳量子点的荧光猝灭程度呈现良好的线性关系,检出限约为10-7mol·L-1。制备的碳量子点对三价铁离子具有高选择性、高灵敏性以及较好的抗干扰能力,能作为三价铁离子检测的传感器。     

Na2SrSiO4∶Ce3+,Tb3+,Yb3+的制备及近红外量子剪裁发光性质

采用高温固相法制备了新型Na2SrSiO4∶Ce3+,Tb3+,Yb3+的近红外发光材料.对样品可见和近红外激发光谱、发射光谱及荧光寿命的研究表明,Na2SrSiO4∶Ce3+,Tb3+,Yb3+中存在高效的Tb3+→Yb3+的量子剪裁下转换效应,下转换量子效率约为182.4％.Ce3+的共掺大大提高了样品的紫外光吸收,显著敏化了样品的近红外发光效率.研究了Ce3+,Tb3+和Yb3+掺入量对其发光性质的影响.结果表明,当Ce3+的浓度为2％,Tb3+的浓度为13％和Yb3+的浓度为16％时,样品的近红外发光最强.     

Yb~(3+)/Tm~(3+)共掺杂Sb_2O_4荧光粉的制备及上转换发光性质研究

高温固相法制备了Yb3+/Tm3+共掺的Sb2O4发光粉体,研究了其上转换发光性质。在980nm半导体激光器的激发下,样品发射较强的近红外(800nm)和较弱的蓝色(480nm)及红色(680nm)上转换发光。粉末样品中稀土Yb3+及Tm3+浓度对上转换发光性质具有显著的影响,随着Yb3+或Tm3+浓度的增加,上转换发光增强;Tm3+掺杂浓度达0.8%时其上转换发光强度达到最大,之后上转换发光随Tm3+浓度的增加而减弱,这是由于浓度猝灭引起的。探讨了粉末样品的上转换发光机理,在980nm激发下Tm3+的蓝光和近红外上转换发光均属于二光子的上转换发光过程。     

Er3+及Er3+/Yb3+掺杂ZrO2-Al2O3的制备及发光性质

采用共沉淀法制备了纳米晶ZrO₂-Al₂O₃∶Er³⁺发光粉体.所制备的粉体室温下具有Er3+离子特征荧光发射,主发射在绿光,其中位于547 nm、560 nm的绿光最强,并得出稀土离子与基质之间有能量传递.对不同煅烧温度下的样品研究表明:因不同温度下所制得的样品晶相不同.研究了纳米晶ZrO2-Al2O3∶Er3+及ZrO₂-Al₂O₃∶Er³⁺/Yb³⁺的上转换发光,并分析了上转换的跃迁机制.发现ZrO₂-Al₂O₃∶Er³⁺的绿光为双光子过程,而ZrO₂-Al₂O₃∶Er³⁺、Yb³⁺的上转换光谱中,红光和绿光也为双光子过程,而极弱的蓝光为三光子过程.讨论了Er³⁺的浓度猝灭现象.最适宜掺杂浓度的原子分数为2%（Er³⁺/Zr⁴⁺）.     

溶胶-凝胶法制备Bi3+,Yb3+单掺和共掺Gd2O3荧光粉及其荧光性能

利用溶胶-凝胶法制备了Bi³⁺、Yb³⁺单掺和共掺的Gd₂O₃荧光粉。研究了Gd_2-x-yO₃: Bi_x³⁺,Yb_y³⁺的制备条件并表征了Gd_2-x-yO₃: Bi_x³⁺,Yb_y³⁺的荧光性能。 由于Gd₂O₃: Bi³⁺,Yb³⁺中Bi³⁺对Yb³⁺的能量传递,Gd₂O₃: Bi³⁺,Yb³⁺在Bi³⁺的特征激发峰338 nm激发时,可以产生Yb³⁺的900~1 100 nm近红外特征发射和Bi³⁺的400~700 nm特征发射的两个波段光谱。所制备的Gd₂O₃: Bi³⁺,Yb³⁺荧光材料可将太阳光谱中硅太阳能电池吸收较弱的300~400 nm光转换成有较强吸收的500~700 nm 和1 000 nm附近的近红外光子,提高硅太阳能电池的光伏效率。     

Er~(3+),Yb~(3+)共掺杂的NaYF_4荧光粉的制备及下转换发光研究

采用高温固相法合成了Er3+、Yb3+共掺杂的NaYF4荧光粉。XRD测量数据表明合成的样品为纯相。测量了样品的激发谱和发射谱,证明377 nm的紫外光通过量子剪裁的形式将能量传递给一个Yb3+,发射一个975 nm的红外光子,再从4F9/2能级跃迁到基态发射一个红外光子。测量了377 nm激发下,监测541 nm的发光寿命曲线,计算得到最大的量子效率为126.35%。通过监测Yb3+的975 nm的近红外发射,证明了Er3+的4F7/2和2H11/2能级通过下转换的形式将吸收的485 nm和519 nm的能量传递给Yb3+。这种将Er3+在可见光波段的多种光子能量传递给Yb3+发射975 nm的近红外光子的思想在以前的研究中从未被提出。     

Y2O3:Bi,Yb减反转光薄膜的制备及其性能研究

采用脉冲激光沉积(PLD)方法在湿法腐蚀后的Si(100)衬底上制备了Y₂O₃:Bi,Yb减反转光薄膜。所制备的薄膜在300~800 nm波长范围内的平均反射率最低至5.28%,同时在晶体硅太阳能电池最佳响应范围内的980 nm附近表现出了良好的下转光特性。与非减反下转光薄膜相比较,具有减反结构的Y₂O₃:Bi,Yb下转换薄膜的转光强度有了明显的提升。随着衬底腐蚀时间在一定范围内的延长,Bi³⁺和Yb³⁺的发射峰强度线性增大。该减反转光薄膜为太阳能电池效率提高提供了一种简单可行的方法。     

Synthesis and Luminescent Properties of Nano-scale Y2Si2O7:Re3+ (Re=Eu, Tb) Phosphors via Sol-Gel Method

用溶胶凝胶方法制备了稀土离子掺杂的焦硅酸钇纳米粉末,并用XRD对不同温度处理的样品结构进行了表征,结果表明1000 ℃时产物成α-Y2Si2O7相,粒径约为27 nm,且掺杂离子的浓度并不影响样品的结构,测量了Eu3+和Tb3+离子掺杂的样品的激发谱和发射谱,并对其进行了分析．激发谱中真空紫外区对应基质的吸收,紫外区分别对应Tb3+的4f~5d的吸收Eu3+的电荷迁移带的吸收,对发光强度随掺杂离子浓度的变化关系也进行了讨论．对室温下的寿命进行了测量和分析．     

Tm3+/Yb3 :LiYF4单晶的高效近红外量子剪裁及其在光伏电池中的应用

采用改进的坩埚下降法成功地生长了Tm/Yb共掺氟化钇锂单晶. 该单晶体具有每吸收一个蓝色光子并能发射出2个1000 nm近红外光子的下转换发光效应. 测定了样品的激发光谱、发射光谱和荧光衰减曲线. 在465 nm蓝光激发下观察到由Yb³⁺：²F_5/2→²F_7/2能级跃迁所致的960～1050 nm 波段的发射带,此发光带源于Tm³ 对Yb³ 离子的能量下转换过程. 应用Inokuti-Hirayama模型,研究了晶体的能量转换过程,结果表明Tm³ 向Yb³ 的能量传递是一个电偶极子相互作用机制过程. 当Tm³ 与Yb³ 离子的掺杂浓度为0.49mol%与5.99mol%时,单晶的量子剪裁效率达到最大值167.5%.     

光学碱度对Tb3+掺杂Bi2O3-B2O3玻璃发光性能的影响

采用熔融法制备了Tb³⁺掺杂的Bi₂O₃-B₂O₃系统玻璃,使用激发、发射及拉曼光谱分析了光学碱度与玻璃结构及发光性能的关系,同时绘制了Tb³⁺、Bi³⁺和Bi²⁺的能级图。研究结果表明：Tb³⁺掺杂的Bi₂O₃-B₂O₃玻璃由[BO₃]、[BiO₃]、[BO₄]及[BiO₆]共同组成,且随着光学碱度由0.63增加到0.93,玻璃的结构逐渐疏松。高的光学碱度使部分Bi³⁺变为Bi²⁺,发出571 nm（²P_3/2（2）→²P_1/2）的光,Bi³⁺→Tb³⁺的能量降低。在光学碱度及Tb³⁺、Bi³⁺和Bi²⁺离子的共同作用下,随着光学碱度的提高,玻璃的发光颜色由黄绿色变为白色。     

Quantum cutting downconversion by cooperative energy transfer from Bi3+ to Yb3+ in Y2O3 phosphor

Bi~(3+) and Yb~(3+) codoped cubic Y2O3 phosphors are prepared by pechini sol-gel method.Strong near-infrared (NIR) emission around 980 nm from Yb~(3+)(2F5/2 → 2F7/2) is observed under ultraviolet light excitation.A broad excitation band ranging from 320 to 360 nm,owing to the 6s 2 →6s6p transition of Bi~(3+) ions,is recorded when the Yb~(3+) emission is monitored,which suggests a very efficient energy transfer from Bi~(3+) ions to Yb~(3+) ions.The Yb~(3+) concentration dependences of both the Bi~(3+) and the Yb~(3+) emissions are investigated.The decay curve of Bi ~(3+) emission under the excitation of 355 nm pulse laser is used to explore the Bi~(3+) →Yb~(3+) energy transfer process.Cooperative energy transfer (CET) is discussed as a possible mechanism for the near-infrared emission.