Tb3+掺杂PbF2基氟氧微晶玻璃的发光性能

采用高温熔融法和热处理工艺制备出一种Tb3+掺杂的PbF2基玻璃和微晶玻璃。经XRD分析发现,微晶玻璃内析出了PbF2颗粒,微晶团聚体平均尺寸约为15～75μm。在378 nm紫外光和X射线激发下,掺Tb3+的微晶玻璃与未经热处理的玻璃样品比较,微晶玻璃的发光强度增加了数倍,因而提出PbF2微晶的析出是微晶玻璃发光增强的主要原因。     

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。     

Er3+掺杂SiO2复合的Al2O3粉末结构及光致发光特性

采用溶胶-凝胶(sol-gel)工艺制备0.1 mol% Er³⁺掺杂Al₂O₃体系和SiO₂-Al₂O₃复合体系粉末. 实验结果表明：5 mol%的SiO₂复合加入Al₂O₃抑制γ→θ和θ→α相转变. 掺0.1 mol%Er³⁺:Al₂O₃体系粉末，900℃烧结，在1.47—1.63μm波段内光致发光(PL)谱为中心波长1.53 μm、半高宽56 nm的单一宽峰，1000—1200℃烧结，劈裂为多峰PL谱. 掺0.1 mol%Er³⁺:SiO₂-Al₂O₃复合体系粉末，在高达1200℃烧结，仍保持中心波长1.53 μm的单一宽峰PL谱，由于—OH更完全的脱除，PL强度较900℃烧结Al₂O₃体系，SiO₂-Al₂O₃复合体系均提高1个数量级. 关键词： 2-Al₂O₃复合体系')" href="#">SiO₂-Al₂O₃复合体系 掺铒 溶胶-凝胶工艺 光致发光     

Dy3+、Tm3+共掺杂Ca2MgSi2O7的发光特性

采用高温固相法合成了系列Ca₂MgSi₂O₇：Dy³⁺,Tm³⁺发光材料。对样品进行了XRD结构表征,测量了激发光谱、发射光谱、色温和荧光寿命。研究结果表明,Ca₂MgSi₂O₇：Tm³⁺在355 nm激发下显示出蓝色发光,在CIE1931中的色坐标为x=0.165 9,y=0.082 2,色纯度为89%。通过Dy³⁺和Tm³⁺的叠加激发谱带激发,即在349,353,365 nm激发下,Ca₂MgSi₂O₇：Dy³⁺,Tm³⁺显示出青白、冷白和暖白光,相关色温值分别为5 193,9 672,4 685 K。300~500 nm区域间可以有效地激发Ca₂MgSi₂O₇：Dy³⁺,Tm³⁺,并在400~600 nm之间产生蓝光和黄光复合产生的白光,表明该体系可用作白光LED的发光材料。     

Tb3+掺杂锂铝硅酸盐玻璃的光致发光和辐照致发光

采用熔融-淬冷法制备了Tb3+掺杂锂铝硅酸盐闪烁玻璃,用紫外激发光谱、发射光谱及荧光寿命表征了光致发光性能,用X射线和阴极射线激发测试了辐射致发光性能。研究结果表明：低Tb3+掺杂浓度时,随着其浓度增大,Tb3+间的交叉弛豫增加导致了5D₃→7F_j跃迁的能量逐渐向5D₄→7F_j迁移转变,5D₃激发态的荧光寿命和发射强度均明显下降,5D₄-7F_j发射强度逐渐增大。较高Tb3+浓度时,其浓度继续增加会提升非辐射比例,是荧光寿命降低和荧光猝灭的最主要原因。比较光致发光和辐照致发光性能,发现随着激发源的能量上升,会增加激发态5D₃能级向5D₄能级的能量转移,同时,由于玻璃的密度低会导致辐照致发光效率随激发源的能量上升而下降。     

Eu3+或Tb3+掺杂Y2O3纳米材料紫外激发光谱

采用燃烧法制备了不同Ln³⁺(Ln=Eu或Tb)掺杂浓度和不同平均粒径的Y₂O₃:Ln纳米晶体粉末和体材料样品。研究发现随着粒径的减小,Y₂O₃:Eu电荷迁移带的位置发生红移;并且,由于存在于近表面低结晶度环境中的Eu³⁺数量的增加,小粒径样品(5nm)的电荷迁移带还向长波方向发生了明显的展宽。实验中还观察到Y₂O₃:Tb纳米晶激发谱中4f5d(4f⁸→4f⁷5d¹)跃迁吸收对应激发峰(带)的谱线形状随样品粒径变化存在较大的差异,这是由于Tb³⁺存在于近表面的低结晶度和颗粒内部的高结晶度两种不同环境中,Tb³⁺的4f5d跃迁在两种环境中对应的吸收峰位置不同,当样品粒径发生变化时Tb³⁺处于两种环境中的比例随之变化,造成相应吸收跃迁对应的激发峰(带)强度发生变化,并改变了激发谱的谱线形状。实验中还发现,随着Tb³⁺(或Eu³⁺)浓度的减小,Y₂O₃基质激子跃迁吸收的激发峰对比4f5d跃迁(或电荷迁移带)激发峰的相对强度随之增强。     

Na3GdSi2O7:Tb3+荧光粉发光特性及Gd3+→Tb3+之间的能量传递

采用高温固相法合成了Na3Gd1-xTbxSi2O7(x=0.01,0.02,0.04,0.06,0.08,0.1)系列荧光粉。研究了荧光粉的真空紫外-可见发光光谱和荧光寿命,讨论了Tb3+在扭曲八面体结构(标示为Gd(1)3+)和正三棱柱构型(标示为Gd(2)3+)两种格位中的最低5d轨道能级。同时研究了Gd3+→Tb3+之间无辐射能量传递速率K和无辐射能量传递效率η。研究结果表明:Tb3+在Gd(1)3+格位中的最低允许跃迁和禁戒跃迁的5d轨道能级分别位于235 nm和280 nm,在Gd(2)3+格位中的最低允许跃迁和禁戒跃迁的5d轨道能级分别位于224nm和256 nm。随着Tb3+浓度的增加,能量传递效率及速率显著增大,说明在Na3Gd1-xTbxSi2O7中存在有效的Gd3+-Tb3+能量传递。     

Al3+对Ge/Al-SiO2薄膜光致发光的影响

采用磁控溅射及后退火技术制备了不同组份和不同退火温度的Ge、Al共掺SiO₂薄膜。通过对样品的X射线光电子能谱(XPS)测试,确定了薄膜的成分和结构特征;同时还测试了样品的光致发光谱(PL谱),得到了峰值位于420 nm附近的紫光发射峰和峰值位于470 nm的蓝光发射峰。实验结果表明, Al的掺杂不仅可以显著地提高GeNOV中心和SiNOV中心的光发射效率,还可以促进GeNOV缺陷和SiNOV缺陷中心的形成,进而有利于薄膜的光致发光。     

Mn2+离子掺杂的NaTaOGeO4:Tb3+的发光性能

采用高温固相法制备了颜色可调的NaTaOGeO₄∶Tb³⁺,Mn²⁺荧光粉,并研究了其发光特性以及能量传递机理。在244 nm激发下,NaTaOGeO₄∶Tb³⁺的发射光谱的发射峰分别位于380,413,436,492,544 nm,分别属于Tb³⁺的⁵D₃→⁷F_J和⁵D₄→⁷F_J（J=6,5,4）能级跃迁,为蓝光和绿光发射。在280 nm波长激发下,在492 nm和544 nm处有较强的发射峰,分别属于Tb³⁺的⁵D₄→⁷F₆、⁵D₄→⁷F₅能级跃迁,为绿光发射。在248 nm波长激发下,NaTaOGeO₄∶Mn²⁺的发射光谱由位于576 nm处的宽带组成,属于Mn²⁺的⁴T₁→⁶A₁能级跃迁。当在NaTaOGeO₄∶Tb³⁺荧光粉中共掺杂Mn²⁺时,可以同时观察到Mn²⁺和Tb³⁺的发射峰,通过改变浓度掺杂比,可以得到颜色可调控的荧光粉。     

Tb3+掺杂硅酸盐玻璃发光性能的浓度依赖关系

 利用高温熔融法制备了不同浓度的Tb³⁺掺杂硅酸盐玻璃,并分别测量了紫外和X射线激发时的发射光谱。光谱结果表明,不同浓度Tb³⁺掺杂硅酸盐玻璃在紫外和X射线激发时发光行为具有相似的浓度依赖关系：低浓度Tb₄O₇掺杂时主要以蓝光(5D₃→⁷FJ)发射为主,而高浓度掺杂时以绿光(⁵D₄→⁷FJ)发射为主。Tb³⁺发光强度与掺杂浓度的关系分析表明,⁵D₃的浓度猝灭是电偶极-电偶极相互作用引起的, 而⁵D₄的浓度猝灭是交换相互作用引起的。     

氧化硅薄膜中掺杂Tb~(3+)离子的发光敏化

采用溶胶-凝胶法在硅片上制备了掺杂稀土离子Tb~(3+)的SiO_2薄膜,并用荧光分析方法研究了薄膜的发光特性,对发光效果的提升途径做了探索和分析。在245 nm波长的激发下,能够观察到Tb~(3+)的5D4-7FJ(J=6,5,4,3)的跃迁发射峰。对于Tb~(3+)离子的高浓度掺杂体系,在掺入富Si或Al~(3+)离子后,浓度猝灭效应能得到明显改善。同时掺入两种激活剂的样品发光强度较只掺Al~(3+)的样品大了近一倍。此外,氩气氛退火引入氧空位缺陷也能使样品的发光强度有较大提升,氩气氛退火的最佳温度为1 200℃。     

Ce3+注入对不同尺寸的nc-Si/SiO2 超晶格发光特性的影响

通过电子束蒸发方法以及高温退火处理,得到nc-Si/SiO₂超晶格。将样品分别注入剂量为2.0×10¹⁴ cm^-2和2.0×10¹⁵ cm^-2的Ce³⁺,再对其进行二次退火处理,获得多组样品。通过对样品光致发光光谱的分析发现,样品发光强度的变化不仅受到Ce³⁺注入剂量的影响,而且也受到nc-Si颗粒大小的影响。在相同注入计量和相同的二次退火处理温度下,nc-Si颗粒较大的样品经Ce³⁺注入后其发光强度增强较为明显。     

Si／SiNx／SiO2多层膜的光致发光

采用射频磁控溅射法,制备了具有强光致可见发光的纳米Si/SiNx/SiO2多层膜,利用傅立叶红外吸收(FTIR)谱,光致发光(PL)谱对其进行了研究。用260nm光激发得到的PL谱中观察到高强度的392nm(3.2eV)和670nm(1.9eV)光致发光峰,分析认为它们分别来自于缺陷态≡Si-到价带顶和从导带底到缺陷态≡Si-的辐射跃迁而产生的光致激发辐射复合发光。PL谱中只有370nm(3.4eV)处发光峰的峰位会受退火温度的影响,结合FTIR谱认为370nm发光与低价氧化物—SiOx(x<2.0)结合体有密不可分的关系。当SiO2层的厚度增大时,发光强度有所增强,800℃退火后出现最强发光,认为具有较大SiO2层厚度的Si/SiNx/SiO2结构多层膜更有利于退火后形成Si—N网络,能够得到更高效的光致发光。用量子限制-发光中心(QCLC)模型解释了可能的发光机制,并建立了发光的能隙态(EGS)模型。     

Tunable and High Photoluminescence Quantum Yield from Self‐Decorated TiO2 Quantum Dots on Fluorine Doped Mesoporous TiO2 Flowers by Rapid Thermal Annealing

Herein a novel approach is reported to achieve tunable and high photoluminescence (PL) quantum yield (QY) from the self‐grown spherical TiO₂ quantum dots (QDs) on fluorine doped TiO₂ (F‐TiO₂) flowers, mesoporous in nature, synthesized by a simple solvothermal process. The strong PL emission from F‐TiO₂ QDs centered at ≈485 nm is associated with shallow and deep traps, and a record high PL QY of ≈5.76% is measured at room temperature. Size distribution and doping of F‐TiO₂ nanocrystals (NCs) are successfully tuned by simply varying the HF concentration during synthesis. During the post‐growth rapid thermal annealing (RTA) under vacuum, the arbitrary shaped F‐TiO₂ NCs transform into spherical QDs with smaller sizes and it shows dramatic enhancement (≈163 times) in the PL intensity. Electron spin resonance (ESR) and X‐ray photoelectron spectroscopy (XPS) confirm the high density of oxygen vacancy defects on the surface of TiO₂ NCs. Confocal fluorescence microscopy imaging shows bright whitish emission from the F‐TiO₂ QDs. Low temperature and time resolved PL studies reveal that the ultrafast radiative recombination in the TiO₂ QDs results in highly efficient PL emission. A highly stable, biologically inert, and highly fluorescent TiO₂ QDs/flowers without any capping agent demonstrated here is significant for emerging applications in bioimaging, energy, and environmental cleaning.     

SiO2干凝胶光致发光性质的研究

以硅酸酯Si(OC2H5)4(TEOS)和H2N(CH2)3Si(OC2H5)3(APS)为主要原料,在不同的条件下(催化剂、热处理、高分子添加剂)通过溶胶-凝胶法制备了一系列不同组成的SiO2干凝胶,并通过发光光谱对所得的干凝胶进行了表征.在长波365nm紫外光激发下,干凝胶样品都显示出较强的蓝光发射,但其发光波长和发光忖强度随着组成和处理条件的不同而有明显的差异.APS与有机酸(醋酸)和无机酸(盐酸、硝酸、硫酸)所得SiO2干凝胶的结果为IHAc(λmax=432nm)＞JHNO3(λmax=441nm)≈IH2SO4(λmax=426nm)>IHCI(λmax=442nm),并且在APS与HCl作用所得的干凝胶样品中,明显存在两种发光中心(其发射峰值波长分别位于442nm和487nm,相应的激发波长分别位于365nm和273nm).一定量的TEOS与APS相混合并与HAc作用不仅有利于干凝胶样品的迅速形成,而且有利于提高其发光强度:当R(APS/TEOS+TEOS摩尔比)=0.5～0.7时,样品发光较强;在0.5摩尔APS+0.5摩尔TEOS与3摩尔HAc的反应过程中加入高分子添加剂聚乙二醇(PEG5000、PE10000),所得样品的发光强度先随着PEG的加入量的增加而变强,然后随着PEG的加入量的增加而变弱,PEG5000和PEG10000的最佳掺杂量分别为0.8g和0.6g.在温度20～200℃的范围内,干凝胶样品的发光强度随着热处理温度的升高而增强,同时真空中处理样品的发光强度大于空气中处理样品的发光强度.这表明干凝胶样品的发光和氧缺陷及碳杂质有关.     

Tb掺杂Si纳米线的光致发光特性

以金属Au-Al为催化剂,在温度为1 100 ℃,N₂气流量为1 500 sccm、生长时间为30 min,从Si(100)衬底上直接生长了直径约为50～120 nm、长度为数百纳米的高密度、大面积的Si纳米线。然后,利用Tb₂O₃在不同温度(1 000～1 200 ℃)、掺杂时间(30～90 min)和N₂气流量(0～1 000 sccm)等工艺条件下对Si纳米线进行了Tb掺杂。最后,对Si(100)衬底进行了Tb掺杂对比。室温下,利用荧光分光光度计(Hitachi F-4600) 测试了Tb掺杂Si纳米线的光致发光特性。实验研究了不同掺杂工艺参数(温度、时间和N₂气流量)对Tb3+绿光发射的影响。根据Tb3+能级结构和跃迁特性对样品的发射光谱进行了分析。结果表明,在温度为1 100 ℃,N₂气流量为1 500 sccm、时间为30 min等条件下制备的Si纳米线为掺杂基质,Tb掺杂温度为1 100 ℃,N₂气流量为1 000 sccm、光激发波长为243 nm时,获得了最强荧光发射,其波长为554 nm(5D₄→7F₅),同时还出现强度相对较弱的494 nm(5D₄→7F₆),593 nm(5D₄→7F₄)和628 nm(5D₄→7F₃)三条谱带。Tb掺杂的体Si衬底在波长554 nm处仅有极其微弱的光致发光峰。     

重离子辐照SiO_2/Si结构变温光致发光谱研究

本文研究了重离子辐照前后SiO_2/Si结构光学性质的变化。实验选择初始能量为414 MeV,不同辐照总剂量的Sn离子,在室温下辐照氧化层厚度为36nm和90nm的SiO_2/Si结构。并在不同测试温度下获得了辐照前后SiO_2/Si结构的光致发光谱(PL)谱。在相同的测试温度下,随着辐照总剂量的改变,峰位发生了移动,峰的强度也发生了改变;在相同的辐照总剂量下,随着测试温度的改变,峰位发生移动。由于受束缚激子发光的影响,在测试温度为80K时出现了一个新的光致发光峰。     

Eu3+和Tb3+掺杂的Y2SiO5体系发光特性研究

采用溶胶－凝胶法合成了Eu^3 和Tb^3掺杂的Y2SiO5基发光材料，通过测量它们的激发光谱和发射光谱，研究了它们的发光特性，探讨了材料中Tb^3和Eu^3 两种发光中心间的能量关系。结果表明，Eu^3＋在其中的特征发射以^5D0→^7F2电偶极跃迁为，Eu^3处于非反演对称中心格位；Tb^3在其中的发射为^5D4→^7FJ(J＝4－6）跃迁发射。当Eu^3和Tb^3共存于Y2SiO5基质中时Eu^3的发射增强，Tb^3的发射减弱，存在Tb^3→Eu^3能量传递，Tb^3对Eu^3具有敏化作用。     

Photoluminescence of focused ion beam implanted Er3+:Y2SiO5 crystals

Erbium‐doped low symmetry Y₂SiO₅ crystals attract a lot of attention in perspective of quantum information applications. However, only doping of the samples during growth is available up to now, which yields a quite homogeneous doping density. In the present work, we deposit Er³⁺‐ions by the focused ion beam technique at yttrium sites with several fluences in one sample. With a photoluminescence study of these locally doped Er³⁺:Y₂SiO₅ crystals, we are able to evaluate the efficiency of the implantation process and develop it for the highest efficiency possible. We observe the dependence of ion activation after the post‐implantation annealing on the fluence value. (© 2014 WILEY‐VCH Verlag GmbH &Co. KGaA, Weinheim)