混合价态Eu(+2,+3)离子激活的单一组分发光材料:设计合成、发光性质及机理

作为绿色照明光源的典型代表,白光发光二极管(LED)被誉为21世纪的新一代照明光源。而作为白光LED重要组成部分的荧光粉,对其性能要求也不断被提升。Eu~(2+)和Eu~(3+)由于其电子结构上的差别导致其截然不同的发光性质。其中,Eu~(2+)的特征发射为4f–4f跃迁,而Eu~(3+)离子的特征发射为4f–5d跃迁。为了结合两者各自的发光特性,近年来对于混合价态Eu离子的研究成为热点。混合价态Eu离子掺杂荧光粉结合了Eu~(2+)和Eu3+离子各自的发光特点,具有颜色灵活可调的优良性质。本文主要从Eu~(2+)、Eu~(3+)各自性质出发,从不等价取代、晶场调控等三个方面综述了混合价态Eu(+2,+3)离子激活的单一基质发光材料近年来的研究进展。此外,对不同方法制备的混合价态Eu离子掺杂荧光粉的发光性能及发光机理也进行了归纳总结,为无机荧光材料的发展提供了新的思路。     

化学环境对掺过渡金属功能材料发光性能的影响

分析了掺过渡金属离子的发光功能材料的发光性能对化学环境变化的敏感性,由于源于过渡金属离子d电子没有像稀土离子f电子那样受到外层电子严格的屏蔽,所导致的声子-电子耦合强度大,因而就对母体材料化学环境更敏感。文章详细地介绍了化学结构类型、配位体间相连方式及其晶格半径对掺Mn2+发光材料发光性能的影响,分析晶体场强度参数(10Dq)对含Cr3+材料室温自发辐射4T2g→4A2g和激发态吸收4T2g→4T1g(4F)跃迁最大能量差的影响,探讨了共价性强弱对Os4+材料光谱性能的影响。说明了利用掺过渡金属的发光材料对母体材料的化学环境变化的敏感性对发光材料研发的指导意义,可以利用这种敏感性改善和优化材料设计,从而寻求具有更优异发光性能的发光材料。     

用电子自旋共振波谱和荧光光谱研究BaFCl:Eu中铕的价态

BaFCl:Eu是一种优良的X射线发光材料,最近我们发现:虽然它的发光起源于Eu~(2+)离子的4f~65d→4f~7能级间的电子跃迁;但是晶体中同时存在的Eu~(3+)离子的电荷转移跃迁对发光有很明显的增强作用。因此在研究Eu~(2+)和Eu~(3+)离子在发光过程中的作用时,必须首先要知道它们在发光材料中的浓度。我们提出了一种准确测定BaFCl:Eu中Eu~(2+)和Eu~(3+)离子含量的方法。这种方法是依据Eu~(2+)离子的电子自旋共振(ESR)波谱以及Eu~(2+)和Eu~(3+)离子的发光光谱。我们合成了一系列含有不同Eu~(2+)/Eu~(3+)浓度比的BaFCl:Eu,并初步讨论了它们的发光现象。     

Eu~(2+)掺杂UCr_4C_4基窄带硅酸盐荧光粉的研究进展与应用

具有窄带发射的无机发光材料既可协同提升照明器件的显色指数和流明效率(如窄带红色发光材料),也可增大液晶显示器件的色域(如窄带蓝色、绿色和红色发光材料),在照明和显示用发光二极管(light-emitting diodes, LED)器件中具有重要的应用前景。其中稀土发光材料中常用的Eu~(2+)和Ce~(3+)离子具有4f-5d跃迁,但由于晶体场效应而呈现不同程度的峰展宽效应,迄今为止,人们发现的Eu~(2+)和Ce~(3+)掺杂的窄带发射发光材料基质体系十分有限,特别是Eu~(2+)掺杂的新型窄带荧光粉研究是一项重要挑战。近年来,人们首先在Eu~(2+)掺杂UCr_4C_4基氮化物窄带荧光粉研究中取得了重要进展,发现了一系列具有潜在应用前景的窄带氮化物红光发射材料。而最近,本课题组在Eu~(2+)掺杂UCr_4C_4基窄带硅酸盐荧光粉研究领域获得了突破,基于此,概述了Eu~(2+)掺杂UCr_4C_4基窄带硅酸盐荧光粉的研究进展与应用,指出了UCr_4C_4基氮化物与硅酸盐的结构演变特征,并由此总结了几类UCr_4C_4基窄带硅酸盐化合物的结构特点和Eu~(2+)掺杂荧光粉的发光特性,进一步地对Eu~(2+)掺杂UCr_4C_4基窄带硅酸盐荧光粉的应用进行了介绍,指出了当前在调控其光色和提升其化学稳定性所面临的挑战和所做的一些有意义的尝试。最后对Eu~(2+)掺杂UCr_4C_4基氧化物窄带荧光粉的未来发展进行了展望。     

LaP3O9：Ce,Tb磷光体的合成与光谱特性

Ce~(3+)离子有宽而强的4f-5d吸收带,能有效地吸收能量,并形成强的宽带发射。Ce~(3+)的5d-4f跃迁是允许的电偶极子跃迁,其5d态的寿命非常短。为此Ce~(3+)可将能量有效地传递给其它离子,而成为良好的敏化剂。通常Ce~(3+)对Tb~(3+)的敏化十分有效,已有许多Ce~(3+)敏化Tb~(3+)的绿色发光材料。稀土磷酸盐是发光和激光材料的良好基质,LaPO_4:Ce,Tb已用作灯用三基色荧光粉,对不同类型稀土磷酸盐中Ce~(3+)、Tb~(3+)的发光已有不少报道,为探索新的高效     

蓄光发光材料SrAl2O4:Eu2+,Dy3+及其常温磷光光谱分析

组成为SrAl_2O_4:Eu~(2+),Dy~(3+)的稀土铝酸锶系蓄光发光材料(也称为超长余辉发光材料)是目前已开始广泛应用的第三代产品。该材料基质中的二价稀土铕离子Eu~(2+)作为发光中心,能够吸收波长为480nm以下的可见光和紫外光,发出波长为520nm的     

时间分辨光谱方法用于Eu^3^＋络合物发光动力学的研究

稀土有机络合物是一类重要的发光物质,它在生物化学等领域已得到广泛应用。络合物中有机配位体的单重态S_1吸收的光能可能通过三重态T_1传递到稀土离子,使稀土离子内壳层4f电子受到激发,进而发出稀土离子的特征荧光。其能量传递过程见图1。稀土有机络合物的能量传递和发光动力学过程的研究愈来愈引起人们的重视,而激光瞬态光谱技术的发展使这种研究更加深入。本工作采用激光时间分辨光谱的方法,研究了在Eu(TTA)_3和Eu(DB)_3中Eu~(3+)的激发态~5D_1和~5D_0上粒子数布居的途径及发光动力学过程。     

低价稀土离子在含氧化合物中的光谱特性及其变化规律——Ⅲ.晶格环境和化学因素对铕(Ⅱ)光谱特性的影响

从理论上讨论了晶场效应对Eu~(2 )发光性能的影响。量子化学计算表明,5d能级在晶场中的劈裂幅度(ΔE)与R~5(R是中心离子Eu~(2 )与配位氧离子之间的距离)成反比,R对5d能带重心移动有微扰作用。结合氧化物基质中Eu~(2 )的荧光光谱数据,讨论了基质组成、Eu~(2 )的取代格位以及Eu—O键的性质对Eu~(2 )电子跃迁发射的影响。解释了Eu~(2 )的光谱结构变化规律。     

微波等离子体法合成SrAl_2O_4:Eu~(2+),Dy~(3+)中激活剂的浓度猝灭研究

采用微波等离子体法合成SrAl_2O_4:Eu~(2+),Dy~(3+)长余辉发光材料,通过对掺杂不同激活剂浓度的产物的光谱性能、余辉性能、相组成结构的分析以及晶胞常数的计算,探讨了微波等离子体法合成srAl_2O_4:Eu~(2+),Dy~(3+)时,激活剂Eu~(2+)的浓度猝灭特性.XRD测试结果表明,Eu~(2+)离子的掺入对基质晶格畸变影响很小;光谱和余辉性能测试表明Eu~(2+)的掺杂浓度对产物的瞬时发光强度影响较大,相对而言对余辉性能的影响程度不大.产物的发光性能随Eu~(2+)摩尔浓度的增大呈现先增强后减弱的趋势,发光中心Eu~(2+)离子的猝灭浓度为4%.结合EDX结果说明,与高温固相法以及其他一些方法相比,采用微波等离子体合成技术可在一定程度上提高Eu~(2+)离子的临界猝灭浓度,从而为进一步提高长余辉发光材料的发光性能提供了可能.     

铽-铕共掺杂的硅酸铝钠荧光体的光致发光性能及能量传递

采用温和的固相反应法合成了具有四方相结构的铽一铕共掺杂的硅酸铝钠(NaAlSiO_4:Tb~(3+),Eu~(3+))发光材料.利用粉末X射线衍射(XRD)、荧光光谱(PL)、时间分辨光谱(TRPL)以及荧光寿命等手段对合成的样品进行表征.研究结果表明:通过改变NaAlSiO_4:Tb~(3+),Eu~(3+)中Eu~(3+)离子的掺杂浓度,可实现其绿光及红光发射的调控;由于Tb~(3+),Eu~(3+)离子间的有效能量传递,Tb~(3+)离子的共掺杂可显著增强该基质中Eu~(3+)离子的发光性能;该能量传递现象可由TRPL光谱等手段进行证实,根据荧光寿命的数值计算可知,从Tb3~(3+)向Eu~(3+)离子的能量传递效率高达95%.     

NaSr_4B_3O_((9-3x/2))N_x:Eu~(2+)红色荧光粉制备及发光性能的研究

实验通过传统的高温固相合成法合成了一系列的NaSr_4B_3O_((9-3x/2))N_x:Eu~(2+)红色荧光粉。NaSr_(3.98)B_3O_((9-3x/2))N_x:Eu~(2+)荧光粉具有立方相晶体结构,空间群为Ia-3d,其结构内拥有两个不同配位的发光中心分别为八配位和六配位。NaSr_(3.98)B_3O_((9-3x/2))N_x:Eu~(2+)荧光粉的激发光谱可以与近紫外LED芯片很好地符合,由于Eu~(2+)离子的4f65d1→4f7能级跃迁,使得NaSr_4B_3O_((9-3x/2))N_x:Eu~(2+)荧光粉表现出发光中心位于610 nm附近的红色宽带发射,半高宽约为110 nm。NaSr_(3.99)B_3O_(8.1)N_(0.6):0.02Eu~(2+)荧光粉的最佳掺N浓度为x=0.8,其寿命在两个不同的发光中心的平均衰减时间分别为603和510 ns。在y=0.02时,NaSr_(4-y)B_3O_(8.1)N_(0.6):yEu~(2+)荧光粉的发射光谱发生了浓度猝灭现象,计算得到其激活剂离子间的临界距离为2.712 nm,导致浓度猝灭的激活剂离子之间的相互作用的方式为偶极子-偶极子。以上结果表明,NaSr_4B_3O_((9-3x/2))N_x:Eu~(2+)荧光粉有望成为白光LED的光色转换材料。     

4fN-15d组态自旋允许与禁戒跃迁能级的研究

通过稀土光谱理论，计算了三价稀土离子的4f^N-15d组态能级的f与d电子间的库仑相互作用，结果表明对于重稀土元素，其自旋允许跃迁能级位置高于自旋禁戒跃迁能级位置，并且两种能级间的能级差随f电子数的增加而依次减小。对于轻稀土元素,则自旋禁戒跃迁能级位置高于自旋允许跃迁能级位置。结果很好地解释了自旋禁戒跃迁能级的光谱现象。     

稀土无机发光材料:电子结构、光学性能和生物应用

目前,稀土无机发光材料在激光、光通讯、平板显示、荧光生物标记和纳米光电子器件等领域具有广泛的应用前景.稀土离子(从Ce到Yb)是一类性能优异的结构和光谱探针,其在不同介质材料中的光学性能主要取决于其局域态的电子结构和激发态动力学.对稀土发光材料开展深入的光学和光电子学基础研究有助于发现新颖的光学性能或开辟新的应用领域.依托研制的低温高分辨激光光谱和上转换量子产率等仪器,本课题组致力于稀土无机发光材料电子结构与性能研究,近年来在发光材料的控制合成、电子结构、光学性能及生物应用等方面取得了系列重要结果.这些研究有望加快实现稀土无机发光材料在生物应用的突破,实现稀土资源的高值利用.     

(Sr1-x,Eux)B4O7的结构及其发光性能研究

Eu~(2+)离子具有许多能量比较低的吸收带,因此在多种发光基体中都可作为有效的激活剂.Eu~(2+)离子激活的磷酸盐、硅酸盐,铝酸盐和硼酸盐等都是优良的荧光材料,其发射峰范围在350-575nm.Eu~(2+)离子激活的SrB_4O_7是其中一种重要的新型长波(A段)紫外灯用荧光材料,早已广泛地应用于工农业、公安、国防、环保及医疗卫生等领域.有关的新材料和新用     

铱(Ir~Ⅲ)-稀土(Ln~Ⅲ)异核配合物发光性能研究

稀土离子(LnⅢ)丰富的4f电子跃迁能级,使稀土发光材料获得重要而广泛的应用.稀土配合物中天线基团的引入,弥补了稀土离子f-f跃迁禁阻而导致吸收较低的不足.而具有三重态吸收的过渡金属配合物作为天线基团,更使稀土离子的激发窗口红移.相关研究具有重要的理论意义和实际应用价值.本文主要综述近年来有关铱(IrⅢ)-稀土(LnⅢ)异核发光配合物方面的研究进展.     

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.     

过渡金属-稀土异核配合物发光研究进展

借助于d-f能量传递,利用在可见区有很强电荷跃迁吸收的过渡金属有机发色团(d-block chromophore)作为稀土离子光捕获剂是本世纪初发展起来的获得高效敏化稀土发光的一条有效途径。为此,本文简要介绍稀土离子的相关电子特征和有机配体与稀土离子之间的能量传递简易模式;系统介绍了目前获得敏化稀土离子(近红外)发光的研究方法;重点介绍了d-f能量传递方面的研究成果及其在相关领域的应用。本文最后系统地介绍了本研究组近年来利用某些功能化的炔基桥联配体设计合成系列d-f异金属化合物在稀土发光材料方面的研究进展,并对该领域的研究热点和发展趋势作了初步展望。     

硝酸铽与1,1,1'''',1''''-四(吡啶-2-羧酸酯基)联三甲基丙烷配合物的合成、表征及荧光性质

稀土离子具有独特的电子结构和成键特征,配位数高且多变,因而稀土配合物能表现出独特的光、电、磁性质。目前,设计和合成含有稀土离子的功能配合物作为发光分子器件和荧光探针是配位化学和超分子化学等研究领域的热点课题[1￣6]。研究表明,稀土配合物的发光性能和稳定性可通过改变其配体的组成和结构加以调控。因此,设计、合成具有新颖结构、良好配位能力及高效能量吸收和传递性能的有机配体是研究和开发新型稀土配合物发光材料的关键课题之一。多足配体在与金属离子配位时,能够表现出特有的选择性配位能力、类球形配位空穴和新颖的配位结构…     

稀土铕、铽配合物在温度发光传感领域的研究进展

稀土发光配合物材料基于其独特的4f-4f电子跃迁表现出优异的发光性能,特别是铕和铽配合物材料,发光波长在可见光区范围内,发射谱带狭窄且尖锐(半峰宽通常小于10 nm),非常适合应用于显示设备和传感装置.同时,具备温度依赖发光性能的铕和铽配合物能够实现高灵敏度、高效的温度传感过程,使其有望用于流体动力学、航空航天、环境工...     

Ce^3＋—Gd^3＋在某些稀土硼酸盐体系中的能量传递

Ce~(3 )离子有一个宽而强的4f-5d吸收带,它能有效地吸收能量。Ce~(3 )离子的荧光寿命非常短,能将能量有效地传递给其它离子起敏化作用。对于Ce~(3 )→Tb~3 ),Ce~(3 )→EU~(3 )和Ce~(2 )→Mn~(3 )的敏化作用已有许多报导,并在灯用发光材料上获得应用。Blasse等提出在Ce~(3 )敏化Tb~(3 )时。用Gd~(3 )作中间体能获得高效发光材料。由于Ce~(3 )的5d能级强烈地依赖于基质,其发射波长可以从紫外到红区,而Gd~(3 )的4f-4f跃迁的激发和发射峰值随基质的变化改变不大,因此将有可能呈现不同的Ce~(3 )-Gd~(3 )的能量转移过程。