Er~(3+),Yb~(3+)共掺杂BaGd_2ZnO_5纳米晶体上转换光学温度传感

采用溶胶-凝胶方法制备了到目前为止已见报道的效率最高,化学性能稳定的上转换发光材料BaGd2ZnO5∶4%Yb3+,1%Er3+纳米晶体。XRD数据表明样品为纯相,属于正交晶体,空间群为Pbnm,SEM图片显示所制备的样品尺寸约为150nm左右,分布均匀。样品在971nm半导体激光器激发下,产生强烈的绿光发射,肉眼可视,上转换强度与泵浦能量关系n=1.22为双光子实现了上转换发射。它们来自Er3+2 H11/2→4 I15/2和4 S3/2→4 I15/2的跃迁发射,Er3+主要的激发态吸收(ESA)过程是:4 I15/2→4 I11/2→4 F7/2→2 H11/2,4 S3/2,Yb3+吸收截面很大(104cm-1)容易传递它的激发态能量到Er3+,提升了Er3+2 F7/2的布局粒子数和能态,进而提升了光谱中各个峰的强度。由于Er3+的2 H11/2和4 S3/2能级间距较小,电子在这两能级的布居符合玻尔兹曼分布是温度的函数,因此可以通过监测这两个能级发射强度比例(FIR)来测量基质材料的温度。这种方法不干扰被测对象的温度场,可消除测量精度的不确定性,具有较宽的温度测试范围及合理的温度分辨率,使用的泵浦源简单、方便、低廉,更具商用价值。样品的温度变化范围350~800K时,温度测量灵敏度最高可达0.003 1K-1。同时,它在较低的激发密度下就能产生较高上转换发射功率,使其成为远距离非接触温度测量的理想材料。     

GdNbO_4∶Er~(3+)/Yb~(3+)荧光粉的上转换发光与温度特性

采用传统高温固相法制备了GdNbO_4∶10%Yb~(3+),x%Er~(3+)荧光粉。利用XRD对样品的晶体结构进行了分析,结果表明所得的样品为纯相。在980nm光纤激光器激发下,测量了样品的上转换发射光谱,实验发现样品发生了浓度猝灭。利用荧光强度比(FIR)方法研究了GdNbO_4∶Yb~(3+)/Er~(3+)荧光粉的温度传感特性,结果表明灵敏度随温度的升高先增大后减小。建立了Er~(3+)的两个绿色发射能级的温度猝灭物理模型并用其成功解释了样品的绿色上转换发光温度猝灭现象。     

Er~(3+)/Tm~(3+)/Yb~(3+)共掺杂BaGa2ZnO5粉末的上转换发光

对Er~(3+)/Tm~(3+)/Yb~(3+)共掺杂BaGa_2ZnO5粉末的上转换发光特性进行了研究。首先,通过不同的制备工艺研究了BaGa2ZnO5粉末的生成条件。XRD分析表明,由于ZnO的高温分解,必须密封烧结并增加ZnO用量才能制备出BaGa2ZnO5。其次,测量了Er~(3+)/Tm~(3+)/Yb~(3+)共掺杂BaGa2ZnO5粉末在980nmLD激发下的上转换发射光谱,发现存在8个较强上转换发射峰,其中480nm和798nm对应于Tm~(3+)离子能级跃迁,其他上转换峰对应于Er~(3+)离子能级跃迁。另外,测量了980nmLD不同激发功率对应的上转换发射峰强度,并根据激发功率-上转换强度曲线拟合得到了各发射峰对应的多光子吸收过程。最后,根据上转换发射光谱和CIE1931标准数据计算了样品粉末的色坐标为(x=0.4151,y=0.4794) ,比较接近白光色坐标,说明所制备的粉末样品具有产生上转换白光的前景。     

Li~+掺杂对SrLu_2O_4∶Ho~(3+)/Yb~(3+)荧光粉上转换发光性能的影响

采用高温固相反应法制备了一系列Li~+掺杂的SrLu_2O_4∶Ho~(3+)/Yb~(3+)荧光粉。Li~+掺杂并没有改变样品原有的斜方晶系结构,Li~+离子能够以替代掺杂和间隙掺杂的方式进入主晶格。适当的Li~+掺杂可以改善样品的团聚现象,颗粒粒径约为3μm。Li~+的引入还可减少高声子能量杂质基团(OH~-,CO_3~(2-)),从而减少荧光猝灭中心,增强发光。在980nm激光照射下,样品发出强烈的绿光和很弱的红光,分别归因于Ho~(3+)的~5F_4,~5S_2→~5I_8和~5F_5→~5I_8跃迁。与SrLu_2O_4∶Ho~(3+)/Yb~(3+)样品相比,Li~+的掺杂使得上转换发光强度明显增强,其原因是Li~+可以修饰Ho~(3+)周围局域晶体场的对称性。与其他碱金属离子掺杂相比,Li~+半径最小、电负性最强,导致发光强度增强最多。抽运依赖分析结果表明,绿光与红光发射均为双光子过程。     

β-NaYF_4∶Yb~(3+)/Er~(3+)@β-NaYF_4∶Yb~(3+)的上转换发光特性

利用溶剂热法制备了β-NaYF_4∶20%Yb~(3+)/2%Er~(3+)核颗粒和β-NaYF_4∶20%Yb~(3+)/2%Er~(3+)@β-NaYF_4∶x%Yb~(3+)(x=0,20,50,70,100)核壳结构纳米颗粒。在未包覆β-NaYF_4前,核纳米颗粒的尺寸约为30 nm;在包覆β-NaYF_4壳层后,纳米颗粒的尺寸增加至40 nm左右,并且上转换绿光和红光分别提高了14倍和25倍。上转换发光强度能够增强如此之多是因为包覆的壳层有效地抑制了处于激发态的Yb~(3+)与纳米颗粒表面缺陷之间的能量传递过程。随着壳层中Yb~(3+)掺杂浓度的提高,纳米颗粒的尺寸并未发生明显变化,一直保持在40 nm左右。但是,纳米颗粒的上转换发光强度却随着Yb~(3+)浓度的提高而明显减弱。由于在980 nm波长的激光辐照时,大部分980 nm的光子会被纳米颗粒壳层中的Yb~(3+)所吸收,能够被核中的Yb~(3+)所吸收的980 nm光子数目非常少。然而,由于壳层中的Yb~(3+)距离核颗粒中的Er~(3+)较远,使得二者之间的能量传递效率非常低,从而大大降低了纳米颗粒的上转换发光强度。     

磁控溅射制备Er~(3+)/Yb~(3+)共掺杂TiO_2薄膜的上转换发光特性

采用射频磁控溅射法制备得到Er~(3+)/Yb~(3+)TiO_2薄膜,980 nm的抽运源作用下上转换可以得到490 nm的绿光和670 nm的红光,上转换红、绿光发光强度受到烧绿石Er_xYb_(2-x)Ti_2O_7晶体的生成以及Er~(3+)/Yb~(3+)掺杂浓度的影响,实验表明,适量共掺杂Er~(3+)/Yb~(3+)可明显增强上转换发光,Er~(3+)在上转换发光中起主要作用,而引入敏化离子Yb~(3+)可以大大提高上转换发光效率,磁控溅射法制备的TiO_2薄膜声子态密度较小,从而抑制了无辐射跃迁过程,导致490nm绿光形成以及红光强度大于绿光强度。     

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+).     

BaY_2ZnO_5:Tm~(3+)/Yb~(3+)荧光粉的试验优化设计合成及发光性质研究

为了获得BaY_2ZnO_5:Tm~(3+)/Yb~(3+)荧光粉材料的最大蓝色上转换发光强度,采用正交试验设计与二次通用旋转组合设计相结合的两步连续优化法对Tm~(3+)和Yb~(3+)掺杂浓度进行全局优化,得到该体系最强蓝光发射下的离子掺杂最佳浓度.采用高温固相反应法合成出蓝色上转换发光强度最强的BaY_2ZnO_5:Tm~(3+)/Yb~(3+)荧光粉材料,并对样品的晶体结构和上转换发光性质进行了研究.980nm红外光激发下,测量了最优样品在不同激发电流下的上转换发射光谱,由强度制约关系确定样品的蓝色上转换发光为三光子过程.测量了最优样品温度相关的上转换发射光谱,发现样品的蓝色上转换发光强度随着样品温度的升高而持续减弱,即发生了温度猝灭现象,计算得激活能约为0.602eV.     

Er~(3+)和Yb~(3+)/Er~(3+)掺杂对石英光纤中倍频的影响

实验研究了掺Er~(3+)和Yb~(3+)/Er~(3+)石英光纤中的倍频过程.测量了不同Er~(3+)和Yb~(3+)/Er~(3+)掺杂量的光纤倍频转换效率和光纤倍频预处理前后Er~(3+)发射可见荧光的强度,探讨了Er~(3+)和Yb~(3+)掺杂对光纤中倍频过程的影响.     

Nd~(3+)/Yb~(3+)掺杂YNbO_4粉末上转换发光特性

采用高温固相法,以50Nb_2O_5-40Y2O_3-2Nd2O_3-8Yb_2O_3的量比在1 300℃下制备Nd~(3+)/Yb~(3+)掺杂YNbO_4粉末样品。运用Judd-Ofelt理论研究样品光谱特性。由吸收谱中各吸收峰面积计算得到谱线强度参数Ωλ(λ=2,4,6),进而得出理论振子强度及实验振子强度,二者均方根偏差δ_(rms)=1.618×10-7。计算了Nd~(3+)能级4F3/2→4IJ'(J'=15/2,13/2,11/2,9/2)跃迁几率、跃迁分支比和能级寿命。4F3/2→4I11/2跃迁分支比最高(56.91%),对应波长1 062 nm。且亚稳态4F3/2能级寿命较长,为1.435 2 ms,适合作为上转换中间能级。在980 nm半导体激光器激发下,观测到波长为487,541,662 nm上转换发光,分别对应于Nd~(3+)的2G9/2→4I9/2、4G7/2→4I9/2和4G7/2→4I13/2辐射跃迁。通过样品上转换发射功率与激光器工作电流进行的曲线拟合,得到吸收光子数目依次为2.06,1.99,2.15,确定3个发射峰均对应于双光子吸收。     

Sc_2(WO_4)_3∶Er~(3+)/Yb~(3+)的上转换发光及其温度传感特性

通过高温固相法制备出一系列新型上转换材料Sc_2(WO_4)_3∶Er~(3+)/Yb~(3+)。在980 nm激光激发下,Sc_2(WO_4)_3∶Er~(3+)/Yb~(3+)样品发出肉眼可见的强绿光。利用荧光光度计测得样品的发光光谱,在500～600 nm之间有强绿光发射,分别归因于Er~(3+)的~2H_(11/2)→~4I_(15/2)和~4S_(3/2)→~4I_(15/2)跃迁发射。在650～700 nm位置处,有对应于Er~(3+)离子~4F_(9/2)→~4I_(15/2)跃迁的较弱的红光发射。随着掺杂浓度的变化,样品的红绿分支比发生变化。当样品掺杂Er~(3+)浓度为0.05%、Yb~(3+)浓度等于0.1%时,样品发射的绿光强度是红光强度的27倍。另外,利用荧光强度比方法研究了Er~(3+)的两个热耦合能级在303～573 K范围内的发光温度特性。393 K时,样品的灵敏度达到最大为0.006 8 K~(-1)。对比于其他荧光粉材料,Sc_2(WO_4)_3∶Er~(3+)/Yb~(3+)的灵敏度处于较高水平,在实际测温中具有更好的应用前景。     

Er~(3+)浓度对Er~(3+)/Yb~(3+)共掺氟氧化物玻璃陶瓷上下转换发光的调控(英文)

在980nm激光激发下,Er3+/Yb3+共掺的发光材料既可以在可见光范围产生上转换发光,也可以在近红外波段产生下转换发光,二者存在竞争关系。本文利用熔融淬火法制备了一系列掺杂不同Er3+/Yb3+浓度的氟氧化物玻璃陶瓷,测量了样品在980 nm激光激发下的上转换及下转换发射光谱。研究发现,改变Er3+的掺杂浓度可以调控上下转换的发光强度。在此基础上,提出了上下转换发光的能量传递模型。本文的研究结果有利于该类材料在不同领域中的应用。     

Yb~(3+)/Er~(3+)掺杂氟氧化物微晶玻璃的制备与发光性能

采用高温熔融法制备了Yb3+/Er3+掺杂的氟氧化物发光微晶玻璃,确定了最佳熔化温度(1 100℃)和退火温度(440℃,480℃)。测定得到基质玻璃的透过率为85%,掺入稀土后,透过率有所下降,并出现了稀土离子的特征吸收峰。980 nm半导体激光器(LD)激发下样品的上转换发射光谱存在4个明显的发射峰,分别为410,532,546和656 nm,对应于2H9/2→4I15/2,2H11/2→4I15/2,4S3/2→4I15/2和4F9/2→4I15/2跃迁。研究了不同Yb3+/Er3+(摩尔分数)和Er3+浓度对上转换发光强度的影响,当Yb3+∶Er3+=4∶1、Er3+摩尔分数为1.5%时,上转换发光强度达到最高。根据发光强度与泵浦功率之间的关系,确定了上转换发射均为双光子过程。讨论了Yb3+,Er3+离子间的能量传递,建立了上转换发光机制。     

Er~(3+)/Yb~(3+)共掺杂氧氟硼硅酸盐微晶玻璃绿色上转换发光的温度特性

采用高温熔融法和热处理工艺制备得到透明的Er3+/Yb3+共掺杂氧氟微晶玻璃。XRD结果证实析出的纳米晶相为Ba YF5。在980 nm激发下,观察到强的绿光发射,源于Er3+的2H11/2→4I15/2和4S3/2→4I15/2跃迁的上转换发光。根据荧光强度比(FIR)的方法研究了微晶玻璃上转换荧光的温度传感特性,其最大灵敏度在523 K时为0.003 4 K-1,表明Er3+/Yb3+共掺氧氟硼硅酸盐微晶玻璃上转换发光在高精度温度传感器方面具有一定的应用前景。     

Yb~(3+)/Tm~(3+)掺杂BaMoO_4上转换发光晶体的热稳定性能

采用水热法制备了BaMoO_4∶Yb~(3+)/Tm~(3+)纳米晶体。通过改变样品的合成温度及测试温度研究材料的热稳定性能和发光性能。结果显示,当C_(Yb~(3+))=6%、C_(Tm~(3+))=1.5%时,经过743 K高温再结晶的样品晶粒尺寸变大,发光性能及热稳定性能明显提升。对形貌和结构分析发现样品具有标准的四方晶格结构及较高的结晶度。上转换发射光谱及荧光衰减曲线的测定结果说明样品热稳定性能优异。量子产率达到1.5%,发射光颜色均匀。证明了BaMoO_4∶Yb~(3+)/Tm~(3+)纳米晶体实际应用价值高,热稳定性能及发光性能好。     

新型绿色荧光粉BaLa_2ZnO_5∶Tb~(3+)的合成与发光性质

采用高温固相法合成了适合紫外-近紫外激发的BaLa2-xZnO5∶xTb3+绿色荧光粉,并对样品的晶格结构和发光性质进行了研究。结果表明:BaLn2ZnO5属于四方晶系,具有空间群I4/mcm,基本结构由LaO8、BaO10和ZnO4多面体组成。样品的激发光谱为4f75d1宽带吸收,激发峰位于241 nm和279 nm。用279 nm紫外光源激发样品,发射峰位于548 nm。在Tb3+掺杂量为x=0.3时发光强度最大。掺杂量x0.03时发生浓度猝灭现象。根据能量共振理论,BaLa2-xZnO5∶xTb3+荧光粉的浓度猝灭机理是电偶极-电偶极相互作用。     

氟化物对Er~(3+)/Yb~(3+)共掺的碲酸盐玻璃上转换和红外发光性能的影响

Er3+/Yb3+共掺的碲酸盐玻璃由于其良好的上转换发光性能而得到广泛的研究。本文将氟化物引入碲酸盐玻璃中,通过熔融法制备了量比为70TeO2-(30-x)ZnO-xZnF2-0.15Er2O3-1.5Yb2O3(x=0,5,10,15,20)的碲酸盐氧氟玻璃样品,并测试其热稳定性、拉曼光谱以及受激发射光谱。实验结果表明,随着氟化物含量的提高,Er3+离子的410,555,670 nm上转换发光和2~3μm波段中红外发光得到增强,并且红光提高强度比绿光和蓝光更明显。在分析了氟离子引入后对上转换与近中红外波段发光的内在影响机制发现:碲酸盐玻璃系统中的氟化物一方面促进能量传递过程中Er3+离子的双光子吸收,促进粒子跃迁至相应的高能级;另一方面,引入氟化物后的碲酸盐玻璃的最大能量声子态密度下降也是降低无辐射跃迁概率、提高上转换和中红外发射强度的重要原因。     

Sc~(3+)共掺杂对单个NaGdF_4∶Yb~(3+),Er~(3+)微晶的上转换荧光调控

在高温、长时的水热氛围中,通过Sc~(3+)的共掺杂,制得了一类特殊的稀土掺杂氟化物微晶。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线探测器(EDX)和元素分布像(element mapping)对其晶相和形貌进行表征。结果表明,无Sc~(3+)共掺时,样品为六方相NaGdF_4基六角微米盘;有Sc~(3+)共掺时,六方相NaGdF_4基微晶与单斜相Na3ScF6基微晶共存于样品之中,并且随着Sc~(3+)掺杂浓度的升高,NaGdF_4基微晶发生了显著的形貌演变。值得一提的是,实际进入基质晶格的Sc~(3+)浓度远小于前驱物中Sc~(3+)的浓度。采用激光共聚焦显微技术测试了980nm激光激发下的单颗粒上转换光谱。结果表明,晶格内少量Sc~(3+)的有效介入,可诱导单个NaGdF_4∶Yb~(3+),Er~(3+)微晶内绿色荧光(~2H_(11/2)/~4 S_(3/2)→4 I15/2)对红色荧光(4 F9/2→4 I15/2)相对强度的显著调控,且随着Sc~(3+)掺杂浓度的增加逐渐升高。结合建议的上转换机制,对红色和绿色上转换荧光衰减曲线和对应发射带的积分强度对激发功率的依赖关系展开了详细分析。上转换荧光衰减曲线的上升时间随着Sc~(3+)掺杂浓度的升高逐渐缩短,红绿发射带积分强度对激发功率的依赖也随着Sc~(3+)掺杂浓度的升高变得更为明显,暗示了半径最小的稀土离子Sc~(3+)进入基质晶格后,从Yb~(3+)到Er~(3+)能量转移速率显著提升,使得绿光的~2H_(11/2)/~4 S_(3/2)激发态较红光的4 F9/2激发态更容易布居,从而产生可观的上转换荧光调控。此类微晶有望在荧光防伪、光学波导等领域获得重要应用。     

Li^+掺杂对SrLu_2O_4∶Ho^(3+)/Yb^(3+)荧光粉上转换发光性能的影响EI北大核心CSCD

采用高温固相反应法制备了一系列Li^+掺杂的SrLu_2O_4∶Ho^(3+)/Yb^(3+)荧光粉。Li^+掺杂并没有改变样品原有的斜方晶系结构,Li^+离子能够以替代掺杂和间隙掺杂的方式进入主晶格。适当的Li^+掺杂可以改善样品的团聚现象,颗粒粒径约为3μm。Li^+的引入还可减少高声子能量杂质基团(OH^-,CO_3^(2-)),从而减少荧光猝灭中心,增强发光。在980nm激光照射下,样品发出强烈的绿光和很弱的红光,分别归因于Ho^(3+)的~5F_4,~5S_2→~5I_8和~5F_5→~5I_8跃迁。与SrLu_2O_4∶Ho^(3+)/Yb^(3+)样品相比,Li^+的掺杂使得上转换发光强度明显增强,其原因是Li^+可以修饰Ho^(3+)周围局域晶体场的对称性。与其他碱金属离子掺杂相比,Li^+半径最小、电负性最强,导致发光强度增强最多。抽运依赖分析结果表明,绿光与红光发射均为双光子过程。     

Cu~(2+)离子共掺杂的β-NaYF_4∶Yb~(3+),Er~(3+)晶体的制备与上转换发光性能的提高

采用水热法制备Cu~(2+)离子共掺杂的β-NaYF_4∶20%Yb~(3+),2%Er~(3+)上转换晶体。通过X射线衍射(XRD)及透射电子显微镜(TEM)数据分析,Cu~(2+)离子的掺杂不影响样品的晶相与形貌。通过荧光光谱观察到,随着Cu~(2+)离子的掺杂摩尔分数从0增加到40%,紫外到可见的上转换发光强度先增大再减小。在掺杂5%Cu~(2+)离子时,β-NaYF_4∶20%Yb~(3+),2%Er~(3+)晶体呈现出最大的上转换发光强度。这是因为低价态的Cu~(2+)离子掺杂导致F-空位的产生,降低了Er~(3+)离子周围晶体场的对称性,从而有利于上转换发光的增强。