YLiF4: Er3+, Tm3+, Yb3+中Tm3+浓度对上转换发光的影响

利用水热法合成了YLiF4: Er3 , Tm3 , Yb3 , 其中Er3 和Yb3 的浓度保持固定不变, 分别为1 mol%和1.5 mol%, Tm3 浓度变化范围是2 mol%～8 mol%. 在这种共掺杂体系中, 同时观察到了Er3 , Tm3 和Yb3 的吸收, 且Tm3 的吸收随着其浓度的增强而增强. 在980 nm光的激发下, 当Tm3 浓度很小时, 这种材料的上转换发光为白光. 其中蓝光主要来源于Tm3 的激发态1G4到基态3H6的跃迁, 绿光来源于Er3 的4S3/2和2H11/2到基态4I15/2的跃迁, 红光既来源于Tm3 的1G4→3F4的跃迁, 也来源于Er3 的4F9/2→4I15/2的跃迁. 并且这种上转换发光强度随着Tm3 浓度的增强而降低, 但对应不同能级跃迁的发光强度降低的幅度不同, 这是因为Er3 和Tm3 之间的相互作用.     

YLiF4:Er3+,Yb3+中敏化剂浓度对发光的影响

用水热法合成了YLiF4：Er^3＋,Yh^3＋,Er^3＋的浓度固定为2mol％,Yb^3＋浓度变化范围是0～7mol％。在这个浓度范围内,980nm附近的吸收随着Yb^3＋浓度的增大而增强。用980nm激发得到的上转换发光强度随Yb^3＋浓度的增大而增强。在Yb^3＋浓度低于6mol％时,上转换发光强度随Yb^3＋浓度的增大变化的比较缓慢,当Yb^3＋浓度超过6mol％时,上转换发光突然增强。以Yb^3＋浓度是2mol％的样品为代表,研究了Er^3＋对应红光、绿光发射的激发光谱,并测试了不同波长激发下的红光发射和绿光发射,证明红光发射是来源于^4F9/2→^2I15/2,绿光是来自^4S3/2→^2I15/2和^2H11/2→^2I15/2。它们的上转换过程都是双光子过程。     

Er3+,Yb3+:Y3Al5O12上转换发光纳米纤维的制备与表征

为了获得新形貌的上转换发光纳米纤维材料,采用静电纺丝技术制备了PVP/[Y(NO3)3+Al(NO3)3+Er(NO3)3+Yb(NO3)3]复合纳米纤维,将其进行热处理,获得了Er3+,Yb3+∶Y3Al5O12(Er3+,Yb3+∶YAG)上转换发光纳米纤维。热分析(TG-DTA)表明,当焙烧温度高于550℃时,PVP/[Y(NO3)3+Al(NO3)3+Er(NO3)3+Yb(NO3)3]复合纳米纤维中水分、有机物和硝酸盐分解挥发完毕,样品不再失重,总失重率为90.2%。X射线衍射(XRD)分析表明,PVP/[Y(NO3)3+Al(NO3)3+Er(NO3)3+Yb(NO3)3]复合纳米纤维为非晶态,经900℃焙烧10 h后,获得了单相石榴石型的Er3+,Yb3+∶YAG发光纳米纤维。傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析表明,当焙烧温度为900℃时,生成了Er3+,Yb3+∶YAG纳米纤维。扫描电子显微镜(SEM)分析表明,Er3+,Yb3+∶YAG纳米纤维的直径约75 nm,长度大于100μm。上转换发射光谱分析表明,该纤维在980 nm激光激发下发射出中心波长为522 nm和554 nm的绿色和650 nm的红色上转换荧光,对应于Er3+离子的2H11/2/4S3/2→4Il5/2跃迁和4F9/2→4Il5/2跃迁。对Er3+,Yb3+∶YAG纳米纤维的形成机理进行了讨论,该技术可以用来制备其他稀土石榴石型化合物纳米纤维。     

Er3+/Yb3+/Tm3+共掺杂氟化物中红色上转换发光研究

氧化铒的质量增加到原来的10倍左右时发现两种配方的发光性质有明显不同。根据情况作研究了Er^3 ／Tm^3,Er^3 ／Er^3-和Er^3 ／Yb^3 /Tm^3 发光系统在980nm抽运下的荧光光谱和上转换发光的性质,以及在声子能量较低的氟化物中,3个发光系统建立的优先性和Er^3 离子浓度的关系。根据实验发现当Er^3 离子浓度由小逐渐变大时,绿光和红光的强弱比例也有明显的变化。其中作认为起决定性作用的是Er^3 离子浓度。因为在均匀体系中每个稀土离子的和另一个稀土离子的结合形成发光系统的机会是平等的,组成发光系统的稀土离子间的距离变化,即其中一种起决定作用的离子浓度变化时,那么它所组成的发光系统也就相应发生变化(稀土离子的优先结合性也会在此得到体现),从而发出的主色的光也就跟着变化。     

Lu2O3:Yb3+,Tm3+纳米晶的结构和上转换发光性能研究

采用共沉淀法制备了Yb3+和Tm3+共掺杂的Lu2O3纳米晶,用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显示镜(SEM)和上转换光谱对样品进行了表征。研究了Tm3+浓度和煅烧温度对粉末的结构和上转换发光性能的影响。结果表明,制备出的纳米晶具有纯的Lu2O3相,结晶性较好。在980 nm半导体激光器激发下,样品发射出蓝光、红光和近红外光,并且当Tm3+掺杂摩尔分数超过0.2%时,出现了浓度猝灭效应。随着煅烧温度的增加,纳米晶的尺寸增大,上转换发光强度增强。发射强度与激发功率的关系表明,蓝光490 nm和红光653 nm的发光是三光子过程,近红外811 nm的发光是双光子过程。     

高浓度敏化剂掺杂的NaYF4∶Yb3+,Er3+纳米材料的合成及发光性能研究

为了探究泵浦功率对不同浓度敏化剂离子掺杂的上转换材料发光特性的影响,采用溶剂热法,成功制备了不同浓度敏化剂Yb3+掺杂的NaYF₄∶Yb3+, Er3+上转换纳米颗粒。首先对这种纳米晶体的结构和形貌进行了详细的分析,使用X射线粉末衍射仪和透射电子显微镜测试了制备的纳米晶体的结构和形貌。表征结果证明了制备的纳米颗粒均为结晶性良好、形状规则的六方相纳米晶体,随着Yb3+掺杂浓度的提高,纳米晶体的粒径有所增加。在此基础上,通过控制泵浦功率对不同浓度敏化剂Yb3+掺杂的NaYF₄∶Yb3+, Er3+上转换纳米颗粒在980 nm激发光下的光致发光特性做了详细的研究。对于不同浓度敏化剂掺杂的样品,随着泵浦功率的提高,上转换发光的强度增强,这可以归因于高泵浦功率促进材料对激发光的吸收。上转换发光的红绿比也得到了提高, 值得注意的是, 在不同浓度敏化剂Yb3+掺杂的样品中,发光的红绿比改变的程度和可调谐的范围有所不同。为了深入的了解上转换发光机制,对不同浓度样品中可能发生的电子能量传递机制进行了讨论并提出假设,认为上转换发光过程中,不同浓度样品中红绿比变化程度的不同是发光离子组合之间的平均距离和包括多声子弛豫、交叉弛豫和反向能量传递的非弛豫过程的综合作用。在低浓度敏化剂掺杂的样品中,由于掺杂浓度导致Yb3+和Er3+之间的平均距离较大,反向能量传递过程比较微弱。在非弛豫过程中,发生在同一发光中心Er3+上的多声子弛豫和相邻发光中心Er3+之间的交叉弛豫为主要过程。随着泵浦功率的提高,高能级的布居速率增加减弱了非辐射弛豫对发光的影响,材料的红绿比只有微弱的提高,绿光是上转换发光中的主要成分。随着掺杂浓度的提高,敏化剂离子Yb3+和激活剂离子Er3+之间的平均间距减小,反向能量传递过程得到增强,成为非辐射弛豫过程中的主要部分。由于泵浦功率增强而提高的高能级对上转换发光的贡献,通过相邻敏化剂和激活剂离子之间的反向能量传递过程得到迅速的衰减,使红光成为上转换发光中的主要成分。在980 nm的近红外光激发下,在不同浓度Yb3+掺杂的样品中存在不同侧重的非辐射弛豫过程, 由于多声子弛豫、交叉弛豫和反向能量传递共同作用,红绿比随着泵浦功率提高而增加。这种发光特性不但使得我们得到红光性能更好的上转换荧光材料,而且可以通过测定材料的红绿比来判定材料的掺杂浓度。经过进一步的设计和修饰,这种纳米材料很有潜力作为一种多功能光动力治疗纳米平台在生物检测领域中得到应用。不同浓度样品中可能发生的电子能量转移过程的提出,有利于对上转换发光机理的了解和稀土发光离子组合的设计和优化。     

稀土氟化物Y0.97Er0.03F3纳米材料的制备及上转换发光

通过燃烧法和控温热反应法制备了稀土氟化物纳米材料，利用XRD和TEM对样品进行了分析和表征。测量了发射波长为980nm激光二极管激发下所得纳米材料的上转换发光性质。     

980 nm LD 激发下Yb3+,Er3+:Y2O3纳米晶粉体的上转换发光

用共沉淀法合成出Yb^3＋,Er^3＋离子双掺杂的Y2O3粉体,X射线衍射结果表明所制备粉体为立方Y2O3结构。场发射扫描电镜照片显示其颗粒形状为球形,粒径为60～80nm;该粉体在波长为980nm的半导体激光器激发下发射出中心波长为562nm的绿色和660nm的红色上转换荧光,分别对应于Er^3＋离子的^4S3/2H11／2→^415/2跃迁和^4F6/2→^415/2跃迁。发光强度和激发功率关系的研究揭示其均为双光子过程,能量传递和激发态吸收是上转换发光的主要机制。由于其高效的上转换发光性能,这种材料有可能应用于荧光标记和红外探测方面。     

Ca3Y2Si3O12∶Tm3+,Yb3+上转换发光粉的制备与发光性能研究

采用高温固相法成功制备了Ca3Y2Si3O12∶Tm3+,Yb3+上转换蓝色发光材料.在980 nm红外激光器激发下,发光粉呈现强烈的蓝光(475 nm)和近红外光(810 nm)以及较弱的红光(650 nm)发射,分别归因于Tm3+离子的1G4 →3H6、3H4→3H6和1 G4→3 F4能级跃迁.随着Yb3+离子浓度的增加,发光粉上转换发射强度和发光亮度均呈现先增强后减弱的变化趋势.在最佳掺杂浓度下(Yb3+摩尔分数为15％),蓝、红光强度分支比为12∶1,色坐标为(0.129 2,0.152 3).在3.9 W/cm2激发功率密度下,发光亮度可达6.8 cd/m2.上述结果证实,所制备发光粉呈现优异的蓝光上转换发射特性并具有潜在的应用价值.发光强度和激发光功率关系表明,所得上转换发射为三光子和双光子吸收过程.借助Tm-Yb体系能级结构详细讨论了上转换发射的跃迁机制.     

Sol-gel法制备Er3+掺杂Yb2Ti2O7粉末上转换发光特性

采用溶胶-凝胶法制备了8 mol%Er3+掺杂单一Yb2Ti2O7相粉末.976 nm半导体激光器激发Er3+掺杂Yb2Ti2O7粉末获得中心波长524、548 nm的绿色和660 nm的红色上转换发光,绿色和红色上转换发光强度(Igreen、Ired)随激光泵浦功率的增大而增强,且绿色和红色上转换发光均为双光子吸收过...     

Er3+/Yb3+共掺杂纯氧化物材料上转换发光特性的研究

对实验制备的Er3 /Yb3 共掺杂3CaO-Al2O3-3SiO2样品在980激发下的上转换发光特性进行了研究, 检测到由处于激发态能级2H11/2, 4S3/2和4F9/2的Er3 离子分别向基态4I15/2跃迁时发出的波长依次为523, 547和656 nm的上转换发光. 做出了上转换发光强度与激发功率关系的曲线图, 并结合测得的声子能量对相应跃迁机制进行了分析, 发现上转换过程中Yb3 对的敏化作用起主要作用.     

稀土Er掺杂ZnF2: PbF4的能量上转换

在氟化锌(ZnF2)或氟化锆(ZrF4),氟化铅(PbF4)等基质材料中加入不等量的Er3 及微量Yb3 离子,在特定的条件下制作成能量上转换材料。样品在980nm的红外光激发下发出较强的多波段的可见光,且肉眼可见。由实验样品分析了稀土Er3 上转换可见光各波段的谱线,给出了能级跃迁机制,并根据稀土Er3 摩尔浓度不同的样品其上转换发光强度的不同,分析了掺入稀土的浓度对能量上转换效率的影响。     

方波激发下Er~(3+)上转换红光激发机理的研究

用方波电源驱动808 nm激光二极管(LD)激发Er3+掺杂的亚碲酸盐氟氧化物玻璃,测量4F9/2能级上转换发光的上升和衰减,根据上升的时间常数确定中间能级的寿命,从而确定4F9/2能级粒子数积累的过程。通过建立速率方程模型分析4F9/2能级的上升和衰减特性与中间能级的关系,确定808 nm LD激发下上转换红光的激发机理,同时提供了一种通过上转换发光,用光电倍增管测量红外能级寿命的方法。     

980nm激光激发下Er3+和Yb3+共掺杂氟氧玻璃的上转换发光

制备了一种新型的上转换发光材料,它不仅具有较高的上转换发光效率,而且还避免了氟化物基质的缺点。其组分为58.52%PbF₂-34.43% GeO₂-3% Al₂O₃-0.05% Er₂O₃-4%Yb₂O₃,其中GeO₂为玻璃形成体氧化物,PbF₂和Al₂O₃为调整剂,以共掺杂Er³⁺和Yb³⁺离子为上转换研究的对象。测量了该玻璃系统在980nm半导体激光器激发下的上转换发光光谱,观察到很强的658nm的红光和548,526nm的绿光,而且红光的发射强度远远强于绿光。通过对上转换发光强度与激发强度关系曲线的拟合,表明此材料的绿光发射和红光发射都为双光子过程。研究了激发光的工作电流与上转换荧光强度的关系,讨论了其上转换发光特性。     

镱铒共掺Al2O3薄膜光致发光特性优化

用中频磁控溅射方法在SiO2/Si基底上制备了五组固定掺铒浓度不同镱铒浓度比率的镱铒共掺Al2O3薄膜样品.室温下测量了薄膜在1.430 μm~1.630 μm波段范围内光致发光光谱.研究发现,镱的掺入有效地提高了三价铒离子的光致发光强度,最优的镱铒掺杂为：掺铒0.33 mol%,Yb3+∶Er3+=10∶1,比相同掺铒浓度单掺铒样品光致发光峰值强度增强40倍;确定的掺铒浓度,有着固定的最佳镱铒浓度比率,主要是镱铒离子间的正向和反向能量传递相互作用的结果,但最佳镱铒浓度比率随着掺铒浓度的增加呈现下降趋势;单掺铒薄膜的光致发光峰值强度随掺铒浓度呈现近Gauss形状变化,而最佳镱铒共掺样品的光致发光峰值强度随掺铒浓度呈现了倒Gauss形状变化.     

水热法合成稀土氟化物材料YLiF4:Er,Tm,Yb的上转换发光特性

利用水热法合成了不同掺杂浓度Er^3 ,Tm^3 和Yb^3 的YLiF4材料,研究了Er^3 ,Tm^3 和Yb^3 在材料中的光吸收,以及在980nm红外光激发下样品的上转换发光特性。实验发现,在980nm激光激发下,光功率为数10mW,材料可以发出很强的白光。测量发现,蓝光来源于Tm^3 绿光来源于Er^3 ,而红光来源于Tm^3 和Er^3 的共同作用。通过分析输出光强与泵浦功率的双对数曲线,发现484nm蓝光发射,524和552nm绿光发射以及665nm红光发射均属于双光子过程,450nm蓝光和359nm紫外光属于三光子过程。分析发光机理属于协作敏化和声子辅助共振能量传递过程的结合。     

980 nm激光泵浦下掺Er3+碲酸盐玻璃的光子雪崩上转换

在980 nm激光二极管的抽运下,掺Er3 碲酸盐玻璃辐射出很强的绿色上转换荧光,荧光强度与抽运功率呈非线性关系,发光强度和积累时间与激光抽运功率的关系研究表明存在雪崩阈值44 mW.发现光子的积累时间(几十毫秒量级)远大于荧光的寿命,且积累时间随抽运功率的增大而减小.与早先报道的690和579 nm抽运波长相比,980 nm是更加有效的抽运波长.