Ho3+/Yb3+共掺ZnO-Al2O3-GeO2-SiO2玻璃陶瓷的制备和上转换发光性质

综合ZnO-Al₂O₃-SiO₂系和锗酸盐玻璃陶瓷的优点,采用熔融-晶化法首次制备了Ho³⁺/Yb³⁺共掺以ZnAl₂O₄为主晶相的ZnO-Al₂O₃-GeO₂-SiO₂系玻璃陶瓷。因[GeO₄]四面体和[SiO₄]四面体都是玻璃网络形成体,讨论了GeO₂取代SiO₂对玻璃陶瓷样品硬度及发光性能的影响,最终确定GeO₂的取代量为10.55%（w/w）时,玻璃陶瓷综合性能最佳。在980 nm泵浦光的激发下,发现强的绿色（546 nm）和弱的红色（650 nm）上转换发光,并研究了不同Ho³⁺/Yb³⁺掺杂比对样品上转换发光的影响,最终结果表明当Ho³⁺/Yb³⁺掺杂比为1：11（n/n）时样品荧光强度最强,在绿色上转换发光材料方面具有潜在的应用。     

Tm3+/Er3+/Ho3+共掺SiO2-Bi2O3-AlF3-BaF2玻璃发光性能

采用高温熔融法制备了Tm³⁺/Er³⁺/Ho³⁺共掺的铋硅酸盐50SiO₂-40Bi₂O₃-5AlF₃-5BaF₂玻璃。研究了在808 nm激光器（Laser Diode）激发下Tm³⁺/Er³⁺/Ho³⁺共掺的铋硅酸盐在2 060 nm处的发光性能,同时测试及分析了该铋硅酸盐玻璃的差热特性、吸收光谱及荧光光谱。根据吸收光谱以及Judd-Oflet理论,计算了Ho³⁺的Judd-Oflet强度参数Ω_t（t=2,4,6）以及Tm³⁺/Er³⁺/Ho³⁺相应的吸收截面。铋硅酸盐玻璃中,Tm₂O₃、Er₂O₃和Ho2O3掺杂浓度分别为0.75%、1.0%和0.5%时,2 060 nm处Ho³⁺∶⁵I₇→⁵I₈发射峰强度达到最大。对Tm³⁺/Er³⁺/Ho³⁺ 3种离子的光谱性质和离子间可能存在的能量传递也做了分析。Ho³⁺在1 953 nm处的最大吸收截面σ_abs为9.08×10^-21 cm²,在2 060 nm处的最大发射截面σem为11.68×10^-21 cm²,辐射寿命τ_mea为2.75 ms,具有良好的增益效应σ_emτ（3.212×10^-20 cm^-2·ms）。     

Ho3+-Yb3+掺杂磷酸盐玻璃陶瓷的制备与发光性能

采用传统熔融法制备了Na_2O-Y_2O_3-P_2O_5-SiO_2前驱体玻璃,并对前驱体玻璃样品进行热处理,成功合成透明磷酸盐玻璃陶瓷。对玻璃陶瓷样品进行XRD分析确定玻璃基质中有Na_(3.6)Y_(1.8)(PO_4)_3晶体析出。讨论了热处理时间对玻璃陶瓷结晶度和晶粒尺寸的影响,确定热处理温度为655℃,热处理时间为2 h。比较Ho~(3+)单掺和Ho~(3+)-Yb~(3+)共掺玻璃陶瓷上转换发光强度,确定Ho~(3+)与Yb~(3+)的最佳掺杂物质的量之比为1∶2。同时讨论了Ho~(3+)-Yb~(3+)之间的能量转移。使用积分球测得样品的上转换发光量子效率。     

Tm3+-Tb3+-Eu3+共掺含Na3Gd(PO4)2晶相荧光玻璃陶瓷的制备及发光性能

采用熔融晶化法制备Tm~(3+)-Tb~(3+)-Eu~(3+)掺杂含Na_3Gd(PO_4)_2晶相荧光玻璃陶瓷,并对其光学性能进行了研究。利用差示扫描量热分析(DSC)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等测试,确定了样品的晶相结构和最佳热处理条件(740℃/3 h)。在359 nm激发下,Tm_2O_3、Tb_4O_7、Eu_2O_3掺杂浓度(物质的量分数)分别为0.2%、0.2%、0.95%时,玻璃陶瓷的色度坐标为(0.333 2,0.318 8),接近标准白光(0.333,0.333)。结合荧光光谱和荧光衰减曲线分析,证实了样品中存在Tm~(3+)→Eu~(3+)、Tb~(3+)→Eu~(3+)的能量传递。     

Dy3+/Tb3+双掺含SrWO4晶相玻璃陶瓷的合成与能量传递

采用熔融晶化法成功制备了Dy~(3+)/Tb~(3+)双掺含SrWO4晶相玻璃陶瓷,并对其光学性能进行研究。利用差示扫描量热分析仪(DSC)确定了热处理温度,利用X射线衍射(XRD)确定了玻璃基质中有SrWO_4晶粒析出,并结合透过率曲线确定最佳析晶温度和时间为710℃保温1.5 h。探讨了当Dy_2O_3的浓度为0.8%(n/n)时,Tb_4O_7浓度对玻璃陶瓷样品发光性能的影响,在Dy~(3+)/Tb~(3+)双掺玻璃陶瓷的发射光谱中表明:在350 nm激发下,544 nm处存在明显的发射峰。随着Tb_4O_7浓度增加,能量传递效率逐渐增加。当Tb_4O_7浓度达到1.9%(n/n)时,绿光发射强度达到最大值。结合Dexter能量传递理论和荧光衰减曲线,确定了Dy~(3+)到Tb~(3+)存在能量传递。     

CaSb2O6:Bi3+,Eu3+荧光粉的制备和发光性质

采用共沉淀法及1 200 ℃后续煅烧4 h,成功制备了CaSb₂O₆:Bi³⁺,Eu³⁺荧光粉,并对其结构及发光性能进行了研究。所制备荧光粉颗粒为六边形类圆饼状,平均尺寸在100~600 nm之间。对CaSb₂O₆:Bi³⁺,Eu³⁺发光的机理分析表明,Bi³⁺对Eu³⁺的发光存在高效的敏化与能量传递。当Bi³⁺和Eu³⁺的掺杂浓度分别为0.5%和8%,Eu³⁺位于580 nm(⁵D₀→⁷F₀ )处的荧光发射显著增强,Bi³⁺,Eu³⁺共掺样品的荧光强度是CaSb₂O₆:Eu³⁺的10倍左右。调节Bi³⁺/Eu³⁺离子掺杂比,色坐标呈现了从蓝、白光到红光的变化,表明该荧光粉可分别作为蓝或红色荧光粉使用,甚至可实现从蓝、白光到红光的自由调控,这为白光LED荧光粉的发展提供了参考。     

试验优化设计Er3+-Yb3+共掺杂Gd2Ti2O7上转换发光特性

采用溶胶-凝胶(Sol-gel)法制备了Er~(3+)-Yb~(3+)共掺杂Gd2Ti2O7纳米晶粉末,通过试验优化设计的理论建立了Er~(3+)-Yb~(3+)掺杂浓度与发光强度的回归方程,利用遗传算法优化计算出方程的最优解Er~(3+)、Yb~(3+)掺杂浓度分别为5.60%(物质的量分数)和13.43%。Er~(3+)-Yb~(3+)共掺杂Gd2Ti2O7纳米晶粉末为单一面心立方Gd2Ti2O7相结构,随Yb~(3+)共掺杂浓度增加,X射线衍射峰逐渐向高角偏移。在976 nm激光激发下,Er~(3+)-Yb~(3+)共掺杂Gd2Ti2O7获得了分别对应于Er~(3+)的2H11/2/4S3/2→4I15/2和4F9/2→4I15/2跃迁的绿色和红色上转换发光,且绿色和红色发光均为双光子吸收过程。研究了最优样品上转换发光与温度之间的关系,发现绿色上转换发光具有优良的温度传感特性,对红色上转换发光的温度猝灭进行了解释。     

Eu3+掺杂B2O3-CaO发光材料的制备及其发光性能

采用溶胶凝胶法制得高纯的B_2O_3-CaO∶Eu~(3+)荧光粉。用XRD、IR对不同退火温度下所得样品的结构进行表征,结果发现随退火温度的变化,能形成不同结构的硼酸盐基质。通过对以不同结构硼酸盐为基质荧光粉的激发、发射谱图及荧光衰减曲线的分析,探讨了材料的发光性能和发光机理。结果表明,在不同结构硼酸盐基质中,Eu~(3+)都处于无反演对称中心格位,以(5D0→7F2)电偶极跃迁为主,所以材料主要发红光;且900℃退火所得高纯相的CaB2O4基质最有利于发光、对应的荧光衰减时间最长,这都因在此荧光粉中Eu~(3+)更易取代Ca~(2+),并形成相对较多的p-n结和陷阱所致。     

电荷补偿对Ba2ZnGe2O7：Bi3+荧光粉发光性质的影响

采用高温固相法制备了2个系列的荧光粉样品：Ba_2-xZnGe₂O₇：xBi³⁺（系列Ⅰ）和Ba_1.994-yK_yZnGe₂O₇：0.006Bi³⁺（系列Ⅱ）。X射线衍射（XRD）测试结果表明,少量Bi³⁺、K⁺的掺杂不会明显改变材料的物相结构。样品的荧光光谱测试结果表明,虽然2个系列样品的发光光谱都随组成成分变化有少量变化,但发光颜色基本上均为黄绿色。在358 nm的激发下,荧光粉的发射光谱呈现一个峰值在500 nm的宽发射带,归属于³P₁→¹S₀能级跃迁。在500 nm监测下,荧光粉的最强激发峰位于358 nm,归属于¹S₀→³P₁能级跃迁,此外还有一个位于320 nm的肩峰归属于O^2--Bi³⁺电荷转移带。系列Ⅰ样品的光谱数据结果指出,Bi³⁺的最佳掺杂量x为0.006。在该基质中,Bi³⁺掺杂取代Ba²⁺属于不等价取代,会在晶格中产生Ba²⁺空位或间隙O^2-,对材料的发光强度产生负面影响。对此,采用K⁺与Bi³⁺协同掺杂起到电荷补偿的作用,填补Ba²⁺空位或捕获间隙O^2-缺陷。空位被填补或间隙被捕获均减少了晶格畸变,从而使发光强度明显提高。系列Ⅱ样品的光谱数据表明,完全电荷补偿的荧光粉样品相比于没有掺K⁺的样品,其发光强度提高了约2.5倍。     

PbF2:Er3+,Yb3+荧光粉的制备和多波长响应双向转换发光机理

采用高温固相法制备了PbF₂：Er³⁺,Yb³⁺双向转换荧光粉。通过X射线粉末衍射分析（XRD）、结构精修分析、功率-强度测试和荧光光谱分析对样品进行了表征。通过X射线衍射和精修结果分析了样品的相组成和晶胞参数的变化。荧光光谱分析表明,在紫外光（378 nm）和不同波长的红外光（808、980、1 064和1 550 nm）激发下,样品在540~550 nm范围内具有强绿光发射和在650~660 nm范围内的弱红光发射。最后,通过强度-功率测试讨论了样品在不同波长的红外光下激发的上转换发光机理,并分析了在378 nm激发的下转换发光机理。     

Er~(3+)-Yb~(3+)掺杂SiO_2-SrO-NaF玻璃陶瓷的制备及表征

采用熔融晶化法制备了主晶相为SrF_2的Er~(3+)-Yb~(3+)共掺透明氟氧化物玻璃陶瓷,利用DSC、XRD、SEM、UV-Vis-NIR和荧光光谱对样品的结构、形貌、发光性能进行了测试与表征。研究表明:该体系玻璃最佳热处理温度为620℃,最佳热处理时间为2h,并讨论了Yb~(3+)不同掺杂浓度对Er~(3+)-Yb~(3+)共掺玻璃陶瓷样品上转换发光性能的影响,确定Er~(3+)-Yb~(3+)最佳掺杂浓度比为1∶7,同时观察到了明亮的绿光(522,540 nm)和较弱的红光(656 nm),对Er~(3+)和Yb~(3+)之间的能量传递过程进行了讨论。     

MgAl2O4∶Er^3+,Yb^3+荧光粉的制备及其上转换发光性能

以尿素为沉淀剂,采用低温水热法结合煅烧过程制备出MgAl2O4∶Er^3+,Yb^3+上转换荧光粉,并对样品的结构、微观形貌及上转换发光性能予以表征。结果表明,随尿素加入量的增大,产物主形貌由六角片状结构向纳米棒状转变,经1100℃煅烧可得纯相镁铝尖晶石结构,且Er^3+和Yb^3+能有效进入MgAl2O4晶格并占据Mg^2+位置形成均匀固溶体。在980 nm光激发下,MgAl2O4∶1.0%(n/n)Er^3+,x%(n/n)Yb^3+(x=0~8.0)荧光粉表现出在524、545 nm处绿光以及658 nm处的强红光发射,红绿光强度均在5.0%(n/n)Yb^3+掺杂时达到最大,但红绿光强度比却在7.0%(n/n)Yb^3+掺杂时达到最大值5.2,这归因于Er^3+-Er^3+之间交叉弛豫(CR)在红光发射过程中所起的重要作用。通过控制荧光粉中Yb^3+的掺杂量,能初步实现对于黄绿光色度的有效调控。     

Eu3+-Tb3+共掺杂SiO2-B2O3-Na2O-Y2O3-P2O5玻璃陶瓷的制备与发光性能

采用高温熔融法制备Eu3+?Tb3+共掺杂SiO2?B2O3?Na2O?Y2O3?P2O5前驱体玻璃。对前驱体玻璃粉末进行差示扫描量热(DSC)分析,确定玻璃陶瓷样品的热处理温度。前驱体玻璃热处理后,采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分析可知前驱体玻璃中有Na3.6Y1.8(PO4)3晶粒析出。利用荧光光谱对玻璃陶瓷样品的发光性能进行表征,同时分析了Tb3+离子的荧光衰减曲线,确定Eu3+、Tb3+离子的发光机理以及能量传递过程。通过对Eu3+?Tb3+共掺杂玻璃陶瓷样品的发射光谱采集并用色坐标软件和色温计算程序,获得玻璃陶瓷样品的色坐标和相关色温。     

Er3+,Yb3+共掺杂NaY(WO4)2上转换荧光粉的制备及其发光性能

应用传统水热法合成出具有四方白钨矿结构的NaY(WO_4)_2微米颗粒及一系列Er~(3+)/Yb~(3+)共掺杂NaY(WO_4)_2上转换荧光粉。利用XRD、SEM、TEM、HRTEM、粒度分布和上转换发光光谱对样品的物相、形貌及上转换发光性能进行分析表征。结果表明,p H值对于制备具有同一形貌的纯相NaY(WO_4)_2微米颗粒发挥重要作用。随着pH值的升高,可以完成从八面体到拟立方体再到片状颗粒的形貌转变。在980 nm近红外光激发下,观测到525及553 nm处的强绿光发射,对应Er~(3+)的~2H_(11/2)→~4I_(15/2)与~4S_(3/2)→~4I_(15/2)跃迁,以及650~680 nm范围内的弱红光发射,对应Er~(3+)的~4F_(9/2)→~4I_(15/2)跃迁,且绿、红光上转换发射均属于双光子过程。此外,通过调节NaY(WO_4)_2∶Er~(3+),Yb~(3+)荧光粉中Yb~(3+)的浓度,可实现对绿光色度的有效控制。     

Bi/Yb3+,Er3+:TiO2复合纳米纤维的合成及光催化产氢性能

以静电纺丝技术制备的稀土Yb~(3+)和Er~(3+)共掺杂TiO_2纳米纤维为基质,结合水热法合成了Bi复合Yb~(3+),Er~(3+)∶TiO_2纳米纤维光催化剂。以三乙醇胺为牺牲剂,研究了Bi/Yb~(3+),Er~(3+)∶TiO_2的紫外、可见、近红外和全谱光催化产氢性能。结果表明:全谱光照5 h,产氢速率达到1 650.3μmol·g~(-1)·h~(-1)。Bi作为一种新兴的非贵金属具有独特的等离子体光催化或辅助光催化性能,能与稀土元素丰富的能级结构和特殊的上转换发光特性相结合。对TiO_2进行双重协同修饰改性,可以有效提高TiO_2纳米纤维的光催化活性。