NaGdF_4纳米晶多元醇法的合成、表征与NaGdF_4∶Eu~(3 )和NaGdF_4∶Yb~(3 ),Er~(3 )纳米晶的发光

通过多元醇法(polyol method)合成出NaGdF4∶Eu3 和NaGdF4∶Yb3 ,Er3 纳米晶,利用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)和傅立叶变换红外吸收光谱(FT-IR)对合成的样品进行了表征。研究了Eu3 掺杂样品的下转换发光和Yb3 /Er3 共掺杂样品的上转换发光。对未经退火和经过退火的样品进行了比较。     

均一球形PDP用荧光粉(Y,Gd)BO_3∶Eu的合成

利用共沉淀法通过控制稀土离子浓度、沉淀温度等得到稀土氧化物前驱体沉淀,再将其和H3BO3 按化学计量比混合煅烧制备出了平均粒径在 0. 5~1. 0μm的球形、粒径分布较小和无团聚的 (Y,Gd)BO3∶Eu荧光粉,其性能在一些方面优于商用荧光粉。利用X射线衍射、SEM、粒度分析仪和PL光谱进行表征。研究了不同的煅烧温度对荧光粉性能的影响,结果发现用本实验方法在 800 ℃煅烧即可得到纯相的(Y,Gd)BO3∶Eu。而传统固相合成纯相的(Y,Gd)BO3∶Eu反应温度高达 1 200℃。因本方法工艺较易控制,适于在工业生产上推广。     

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。     

不同醇水比对β-NaYF_4∶Yb~(3+),Er~(3+)晶相的影响

采用水热法制备不同醇水比的NaYF4∶20%Yb3+,2%Er3+晶体,通过XRD、FE-SEM、TEM、PL测试手段对合成样品进行表征和分析。样品的FE-SEM图结果表明,随着醇水比的增大,颗粒尺寸越来越小,最小可达纳米级。通过XRD测试表明,醇水比对样品的晶相亦有影响,当醇水比为30/10 mL时,产物中开始出现α-NaYF4晶相。验证了形成机理的正确性并得到一条相转变反应时间与醇水比关系的模拟曲线图。TEM图显示样品属于多晶,且结晶性能良好。在980 nm近红外光激发下,β-NaYF4∶20%Yb3+,2%Er3+上转换晶体发出绿光和红光。     

均一球形PDP用荧光粉(Y,Gd)BO3:Eu的合成

利用共沉淀法通过控制稀土离子浓度、沉淀温度等得到稀土氧化物前驱体沉淀,再将其和H3BO3按化学计量比混合煅烧制备出了平均粒径在0．5～1．0μm的球形、粒径分布较小和无团聚的(Y,Gd)BO3：Eu荧光粉,其性能在一些方面优于商用荧光粉。利用X射线衍射、SEN、粒度分析仪和PL光谱进行表征。研究了不同的煅烧温度对荧光粉性能的影响,结果发现用本实验方法在800℃煅烧即可得到纯相的(Y,Gd)BO3：Eu。而传统固相合成纯相的(Y,Gd)BO3：Eu反应温度高达1200℃。因本方法工艺较易控制,适于在工业生产上推广。     

(Y,Gd)Al3(BO3)4:Tb的真空紫外光谱特性

(Y,Gd)Al3(BO3)4属于三角晶系,具有R32的空间群,掺入Ce3 ,Tb3 杂质后,其晶格结构没有变化。(Y,Gd)Al3(BO3)4:Tb随着Gd3 摩尔浓度增大,基质吸收带红移。Gd3 和Tb3 之间存在着很有效的能量传递。Gd3 摩尔浓度在一定范围内(0~0·75mol)增大时,样品在120~300nm光谱范围内的激发强度均是增强的;但是,Gd3 浓度过高造成Gd3 的发射增强,GdAl3(BO3)4:Tb在120~240nm光谱范围内激发强度很明显下降。(Y,Gd)Al3(BO3)4:Ce,Tb在真空紫外激发下,发现Tb3 的发光明显的被Ce3 猝灭。     

不同波长激发下YLiF_4∶Er~(3+),Tm~(3+),Yb~(3+)的发光

水热法合成了YL iF4∶Er3 ,Tm3 ,Yb3 ,其中Er3 、Yb3 和Tm3 的摩尔分数分别为1%、1.5%和2%。当用355 nm光激发时,其发光为蓝色,峰值位于450 nm,对应于Tm3 的1D2→3F4跃迁。用378 nm激发时,发光为绿色,主要发光峰位于552 nm。980 nm光激发时,发光为白色,发光峰分别位于665(651),552(543),484,450 nm处,并在648 nm处还观察到了一个发光峰,其中最强的发射为红光。YL iF4∶Er3 ,Tm3 ,Yb3 的蓝光来源于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。在上转换发光中,还探测到了紫外光359 nm的发射。监测665 nm得到的激发光谱不同于监测552 nm的激发光谱,在665 nm的激发光谱中出现了对应Tm3 的1G4能级的峰。在双对数曲线中,蓝光484 nm、绿光552 nm和红光665 nm的斜率分别为2.25、2.28和2.21,紫外光359 nm的斜率为2.85。因此在980 nm激发下,蓝光484 nm、绿光552 nm和红光665 nm都是双光子过程,紫外光359 nm的发射是三光子过程。     

水热法合成纳米晶NaYF_4∶Er~(3+),Tm~(3+),Yb~(3+)的上转换发光特性

以EDTA为络合剂,用水热法合成了Er3+,Tm3+和Yb3+共掺杂的NaYF4纳米晶。XRD和TEM的结果表明:粒径约为30 nm,属于六方晶系。在980 nm半导体激光器激发下,研究了不同Er3+离子掺杂浓度对Tm3+和Er3+离子上转换发光性能的影响,光强与泵浦功率的双对数曲线表明,474,525,539,650 nm的发射均属于双光子过程,408 nm的发射属于三光子过程。讨论了样品的协作敏化和声子辅助共振能量传递的上转换发光机制。     

(Y,G d)BO_3∶Tb~(3+)的真空紫外及紫外激发光谱特性

采用传统的高温固相反应法合成出(Y,Gd)BO3∶Tb荧光体,对所制得的荧光体进行了晶体结构分析,分析结果表明结晶良好。(Y,Gd)BO3∶Tb在147 nm真空紫外光激发下的发射主峰在544 nm(Tb3+的5D4→7F5跃迁),是一种绿色发光材料。样品的真空紫外激发光谱及紫外激发光谱表明,(Y,Gd)BO3∶Tb的基质吸收带位于150 nm附近。Gd3+离子对真空紫外区的光吸收有增强作用,存在着Gd3+→Tb3+的能量传递。测量了荧光粉在室温下的荧光衰减特性,其余辉时间约为8 m s,能够满足显示显像技术的要求。因此,(Y,Gd)-BO3∶Tb是一种有前景的PDP用绿色发光材料。     

荧光粉MPO_4:Eu~(3+),Bi~(3+)/Tb~(3+)(M=La,Gd,Y)的结构及发光性能研究

采用高温固相法合成了一系列MPO4∶Eu3+,Bi3+(M=La,Gd,Y)及MPO4∶Tb3+(M=La,Gd,Y)荧光粉材料,用X射线衍射(XRD)仪对样品结构进行了表征。所合成的LaPO4和GdPO4属单斜晶系,而YPO4属体心立方晶系。用Diamond软件对结构进行分析并绘出了晶胞结构。对样品发光性质的研究结果表明,虽然MPO4(M=La,Gd,Y)均属于正磷酸盐,但由于晶格结构不同,其发光性质也不同。立方晶系的YPO4更有利于掺入其中的稀土离子的发光,Bi3+离子的引入能够明显改善样品的发光性能。     

BaMgF_4:Er~(3+),Yb~(3+)上转换纳米晶的合成及其发光性能研究

采用反向共沉淀法制备了形貌呈棒状的BaMgF4:Er3+,Yb3+上转换纳米晶.样品在980 nm半导体激光器激发下发射绿色和红色上转换荧光,其发射的绿、红发射带归因于Er3+离子的2H11/2—4I15/2,4S3/2—4I15/2和4F9/2—4I15/2跃迁.当Er3+的掺杂浓度为3%,Yb3+离子掺杂浓度为10%时,荧光粉的上转换发光强度最强;随着Yb3+离子浓度的增加样品的红光发射增强,绿光发射减弱.通过上转换发光强度与抽运电流关系曲线的拟合,得出BaMgF4:Er3+,Yb3+上转换材料的绿光与红光的上转换过程均为双光子吸收过程.     

Gd~(3+),Tm~(3+)和Yb~(3+)掺杂的Y_2O_3微晶中Gd~(3+)离子的紫外上转换发光及其增强的研究

采用均相沉淀法制备了Y(OH)3微米颗粒,经1 100℃焙烧后制备出具有上转换发光性质的Yb3+-Tm3+-Gd3+共掺的Y2O3微米晶体,讨论了Yb3+-Tm3+-Gd3+在Y2O3中能量传递过程及壳层对发光强度的影响。980 nm近红外光激发下的上转换光谱表明,在Yb3+-Tm3+-Gd3+共掺Y2O3体系中,核-壳结构大幅提高了Gd3+离子和Tm3+离子的上转换发光强度,尤其是样品在紫外发光部分的增强相比于可见和红外光部分更为明显。同时,通过研究Tm3+和Gd3+在不同波段的发光强度与泵浦功率的关系探讨了氧化物中上转换发光的机制。     

紫外激发Ba_2SiO_4∶Gd~(3+),Tb~(3+)的发光性能

采用高温固相法合成了可被紫外光激发的Ba_2SiO_4∶Gd~(3+),Tb~(3+)荧光粉。考察了激活离子掺杂量等因素对发光性能的影响。通过X射线衍射(XRD)、荧光(FL)光谱和荧光寿命曲线对所合成样品的结构和发光性能进行表征,研究了Gd~(3+)和Tb~(3+)的特征吸收波长激发Ba_2SiO_4∶Gd~(3+),Tb~(3+)的发光性能。在275 nm(Gd~(3+):8S7/2→6IJ)激发下,检测到了Tb~(3+)的特征发射。通过对比不同Tb~(3+)掺杂量下Gd~(3+):~6P_(7/2)能级的衰减曲线,发现随着Tb~(3+)掺杂浓度的增加,该能级的荧光寿命不断缩短,表明样品中存在Gd~(3+)→Tb~(3+)的能量传递,传递方式为无辐射共振能量传递。在244 nm(Tb~(3+):4f~8→4f~75d~1)激发下,Gd~(3+)的掺入使得Tb~(3+)的~5D_3能级的发射逐渐减弱,5D4能级的发射增强。Gd~(3+)的掺入使得544 nm(~5D_4→~7F_5)处的特征发射增强了59%~128%,结合荧光衰减曲线得出Gd~(3+)的掺入对Tb~(3+)能级中~5D_3→~5D_4与~7F_6→~7F_0交叉驰豫有促进作用。     

YVO_4∶Yb~(3+),Er~(3+)纳米粒子颜色可控的高色纯度上转换发光

采用共沉淀法制备了四方相锆石型结构YVO_4∶Yb~(3+),Er~(3+)纳米粒子。粒子表面光滑,结晶良好,呈类球状,粒径~80 nm。在980 nm和1 550 nm红外激发下,粒子呈现类似的特征发射,峰位位于634~706 nm的红光和513~573 nm的绿色分别归因于Er~(3+)离子~4F_(9/2)→~4I_(15/2)和~2H_(11/2),~4S_(3/2)→~4I_(15/2)能级间的辐射跃迁。通过激发光波长控制,在同组分粒子中实现了颜色可控的高色纯度绿、红色发光,对应的绿红光和红绿光分支比分别高达29.5和37.97。借助能级跃迁模型,详细讨论了不同激发条件下的纳米粒子上转换发光的跃迁和变化机制。     

(Y,Gd)BO3:Tb3+的真空紫外及紫外激发光谱特性

采用传统的高温固相反应法合成出（Y,Gd）BO3：Tb荧光体,对所制得的荧光体进行了晶体结构分析,分析结果表明结晶良好。（Y,Gd）BO3：Tb在147nm真空紫外光激发下的发射主峰在544nm（Tb^3＋的^5D4→^7F5跃迁）,是一种绿色发光材料。样品的真空紫外激发光谱及紫外激发光谱表明,（Y,Gd）BO3：Tb的基质吸收带位于150nm附近。Gd^3＋离子对真空紫外区的光吸收有增强作用,存在着Gd^3＋→Tb^3＋的能量传递。测量了荧光粉在室温下的荧光衰减特性,其余辉时间约为8ms,能够满足显示显像技术的要求。因此,（Y,Gd）-BO3：Tb是一种有前景的PDP用绿色发光材料。     

共沉淀法制备Y(P,V)O_4∶Tm~(3+)荧光粉及其光致发光

采用氨水、双氧水和磷酸氢二铵溶液作沉淀剂,通过共沉淀法制备出Y(P,V)O4∶Tm3+荧光粉,利用XRD、SEM、紫外以及真空紫外激发下的发射光谱对其进行研究。结果表明:共沉淀法制备的Y(P,V)O4∶Tm3+荧光粉的颗粒形貌好,在147nm真空紫外光和254nm紫外光激发下,荧光粉发射主峰位于476nm,色坐标范围为: 0. 167≤x≤0. 200; 0. 146≤y≤0. 183。从这些结果来看,Y(P,V)O4∶Tm3+体系还不能满足实际应用的要求,仍需进一步的深入研究以改善其性能。     

Er~(3+)及Er~(3+)/Yb~(3+)掺杂纳米晶CaWO_4的发光性质

利用共沉淀法制备了Er3+掺杂及Er3+/Yb3+共掺杂纳米晶CaWO4发光粉体,室温下观察到Er3+的下转换和上转换特征发射。研究了不同煅烧温度、不同掺杂浓度对Er3+离子特征发射的影响。结果表明:随着煅烧温度的升高,发射强度增强;掺杂浓度的改变,导致了Er3+的浓度猝灭现象,其适宜的掺杂原子数分数为0.6%。同时观测到O-W的电荷迁移态与稀土离子之间的能量传递现象,并给出了能量传递的模型。对Er3+的上转换研究观察到:在976nm激光激发下Yb3+对Er3+的上转换发射起到了很好的敏化作用,两个Yb3+同时将能量以共振方式传递给一个Er3+离子,Er3+、Yb3+共掺杂样品的绿光上转换过程展示了双光子过程。     

Y(PV)O_4:Eu~(3+)荧光粉表面包覆Y(OH)_3的性能

采用化学共沉淀法对Y(PV)O4∶Eu3+荧光粉进行表面包膜处理,获得了表面均匀包覆Y(OH)3膜层的Y(PV)O4∶Eu3+荧光粉。用SEM、XRD等手段对其表面形貌、晶格结构性能进行了表征。结果表明:在Y(PV)O4∶Eu3+粉体表面均匀包覆Y(OH)3膜层后,Y(PV)O4∶Eu3+的晶格结构、发光性能没有改变,亮度较未包覆的荧光粉有较大提高,且没有发生色坐标偏移现象。     

基于NaYF_4:Yb~(3+),Er~(3+)上转换发光材料的色彩设计

采用共沉淀法制备β-NaYF4:Yb3+,Er3+。X射线衍射图谱结果表明退火有利于β相生长。样品在970nm处有一强烈吸收峰,利用980nm激光激发样品,实现红、绿、蓝三色上转换发光;其中蓝光相对较弱,红、绿光的发射峰分别为521,539,659nm。速率方程表明红、绿发射对应跃迁均是双光子过程,实验结果与理论分析相符。此外,对红、绿发射带面积比的研究表明激发功率和Yb3+掺杂量影响发光颜色;进而可实现简便的色彩设计。     

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。