基于锑化物二类超晶格的多色红外探测器研究进展

近年来InAs/GaSb二类超晶格红外探测器在材料晶体结构生长、器件结构设计与成像应用方面取得了飞速发展。尤其在多色红外探测方面,二类超晶格材料以其具备的带隙可调、暗电流小、量子效率高、材料均匀性高,以及成本低等优越性能,使其逐步成为第三代红外焦平面探测器的优选材料。本文阐述了锑化物窄带隙半导体研究中心的锑化物多色红外探测器研究进展。本团队成功实现了低噪声、高量子效率以及低光学串扰的短/中、短/长、中/长、长/长、中/长/甚长波等多种高性能多色红外探测器研制。     

纳米中心合成氮掺杂石墨烯量子点

双光子荧光成像技术具有近红外激发、避免光毒作用和光漂白、自发荧光干扰弱及较深的组织穿透深度等优点,在生物医药领域研究中受到极大关注。开发具有高双光子吸收截面、生物相溶性好的材料作为双光子荧光探针,是活细胞和深层组织成像研究领域的关键和热点。国家纳米科学中心宫建茹研究组以氧化石墨烯为前驱体,N,N-二甲基甲酰胺作氮源,合成了氮掺杂的     

基于稀土上转换纳米粒子制作指示牌标识的研究

采用热解法制备NaYF4∶ Yb,Er纳米粒子,并通过TEM和XRD对纳米粒子的形貌和结构进行表征,结果表明制备的NaYF4:Yb,Er是β相纳米粒子,形态均一,尺寸约24 nm.并对Er3+典型的绿色上转换荧光的产生机制和荧光光谱进行了研究.进一步搭建指示牌标识成像系统,基于制备的NaYF4∶Yb,Er纳米粒子作为荧光标记材料,利用Er3+的2H11/2/4S3/2-4I15/2跃迁产生绿色上转换荧光对指示牌标识进行成像,得到了高对比度的荧光成像.     

低温燃烧法制备Nd:YGG纳米粉体

以柠檬酸为燃料,采用低温燃烧法制备了Nd:YGG纳米粉体,利用XRD、红外光谱、SEM及荧光光谱等测试方法对粉体的结构、形貌及荧光性能进行了表征.结果表明,锻烧温度为900℃时粉体已形成Nd:YGG纯相;Nd:YGG粉体平均粒径约为30nm;粉体的最强荧光发射峰位于1064.94tmt,是Nd3+的4F(3/2)→4I(11/2)能级跃迁导致的荧光发射.     

一例吡嗪羧酸镉配合物的合成、结构及荧光性质研究

吡嗪化合物因其独特的结构及活性被广泛应用于制药、医学、化学等领域。水热法以水作为溶剂,具有绿色无污染、简单易操作等特点,是合成配合物的首选方法。本文以2,6-双(2-吡嗪基)吡啶-4-对苯甲酸(Hbppc)和CdCl₂·2.5H₂O为原料,用水热合成法合成了一例新型的配位化合物[Cd(bppc)(H₂O)Cl]_n,并运用单晶X射线衍射、红外光谱和拉曼光谱分析等手段对配合物的结构进行了表征,结果表明此配合物为一维链状结构。对自由配体2,6-双(2-吡嗪基)吡啶-4-对苯甲酸及配合物[Cd(bppc)(H₂O)Cl]_n进行荧光分析,结果表明所得配合物具有较好的荧光性质。     

α相和β相BiNbO4∶Eu3+的荧光性能

采用高温固相法合成出正交相和三斜相结构的BiNbO₄∶Eu³⁺样品,利用X 射线衍射(XRD)、拉曼光谱、吸收光谱和荧光光谱对样品的结构和光学性能进行了研究。结果表明:900 ℃合成样品为正交相结构α-BiNbO₄,而1 200 ℃得到三斜相结构β-BiNbO₄。吸收光谱得到α相和β相BiNbO₄的光学带隙分别为2.69 eV和2.96 eV,与第一性原理的理论结果2.640 eV和3.032 eV相吻合。Eu³⁺掺杂诱导二者的光学带隙蓝移至2.89 eV和3.05 eV,有效改变了其光响应范围。荧光光谱表明:Eu³⁺在两种结构的最强荧光峰均来自⁵D₀→⁷F₂电偶极跃迁,最强荧光峰分别位于615 nm和611 nm。Eu³⁺在β-BiNbO₄中的荧光强度更高,而且其⁵D₀→⁷F₂和⁵D₀→⁷F₁的荧光强度比值更大。与Eu³⁺相似,Er³⁺在β-BiNbO₄中具有更高的上转换荧光强度,其强度约是在α-BiNbO₄中荧光的近40倍,说明三斜结构BiNbO₄更适合做稀土离子的基质材料。     

水热法合成Cu-In-Zn-S量子点及其荧光性能研究

通过水热法制备了Cu-In-Zn-S (CIZS)四元量子点,采用X射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)、透射电子显微镜(TEM)、荧光分光光度计(PL)研究了不同反应温度和Cu/In摩尔比对CIZS量子点的物相组成、显微形貌以及荧光性能的影响,同时利用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)对CIZS量子点的表面性质进行表征.结果 表明,量子点颗粒在水溶液中呈类球型并且具有良好的分散性,粒径大小为3～4 nm.合成的CIZS量子点具有优异的荧光性能,随着反应温度的升高,量子点的荧光强度逐渐增强;当反应温度为110℃时,量子点的荧光强度最高;然而,过高的反应温度造成了In2S3杂质相的形成,荧光强度随之降低.此外,随着Cu/In摩尔比的减小,CIZS量子点的发光峰位由675 nm蓝移至644 nm,同时量子点的荧光强度逐渐提高;当n(Cu)/n(In)=1∶7时,荧光强度达到最高值.同时,量子产率(QYs)达到最大值6.2;.基于CIZS量子点的LED成功实现发光,其中显色指数达81.2,发光效率为36.8 lm/W,表明了CIZS量子点在照明领域良好的应用前景.     

一步法制备CsPbBr3/Cs4 PbBr6复合纳米晶及其荧光性能研究

通过一步法制备了全无机CsPbBr₃/Cs₄PbBr₆钙钛矿复合纳米晶,采用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)、荧光光谱仪(PL)对所制备的CsPbBr₃/Cs₄PbBr₆复合纳米晶进行表征,并系统研究了一步法反应过程中反应温度、反应时间和Cs/Pb比对纳米晶的物相、形貌以及光学性能的影响规律.结果表明:所制备的样品为分散性较好、结晶度较高且呈立方块形貌的复合纳米晶,平均粒径约为20 nm.随反应温度升高以及反应时间延长,纳米晶的荧光强度呈先增加后减小的趋势;当反应温度为90 ℃、反应时间为30 min时,纳米晶的荧光性能最佳.此外,Cs/Pb比对纳米晶的物相组成和发光强度也具有较大的影响,随着Cs/Pb比增大,样品中Cs₄PbBr₆相含量逐渐增加,可对CsPbBr₃纳米晶起到保护作用,因此样品的发光强度逐渐增强;当Cs/Pb=2:3时,样品的荧光强度达到最高值.然而,过大的Cs/Pb比例阻碍了CsPbBr₃相的形成,造成了纳米晶荧光强度的降低.     

L-半胱氨酸修饰的ZnS∶Co/ZnS量子点的合成及表征

选用L-半胱氨酸作为修饰剂,采用共沉淀法在水溶液中合成了ZnS∶ Co/ZnS量子点.通过X-射线粉末衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、红外光谱(IR)、紫外可见光谱(UV-Vis)和荧光光谱(PL)对量子点的结构、形貌、组成及光谱性质进行表征.结果表明:ZnS∶ Co/ZnS量子点为立方闪锌矿结构,颗粒呈球形,分散性好,颗粒尺寸约为3.3nm1;随着ZnS壳层增厚,ZnS∶ Co/ZnS量子点的荧光发射峰强度先增大后减小,核壳比为1∶0.15时发光强度达到最大.Co2+的掺杂和ZnS壳层的形成使量子点的荧光量子产率从2.4;增加到9.8;.L-半胱氨酸分子通过其巯基与量子点表面的金属离子配位,从而修饰在量子点的表面,使该量子点具有水溶性、生物相容性和生物可偶联性.     

可调谐激光晶体Cr:GSGG的光谱分析及晶场参数计算

用提拉法成功生长出了优质的Cr3+:Gd3Sc2Ga3O12晶体,测定了室温下的吸收光谱和不同温度下的荧光光谱,计算了晶场参数,发现荧光峰值及晶场参数与以前文献报道的均不相同.吸收光谱中,在458.5nm和642.5nm出现了较强的宽带吸收峰,分别对应于Cr3+的4A2→4T1和4A2→4T2的吸收跃迁,在678nm处又叠加了一个非常弱的吸收峰,对应于4A2→2T1的吸收跃迁.测试了晶体从7K到室温的荧光光谱和荧光寿命,在650～850nm范围内出现了宽带荧光,对应于Cr3+的4T2→4A2的发射跃迁.随着温度的升高,荧光峰向长波方向移动,荧光峰半高宽增大,室温下其荧光峰值在732nm,半高宽约为80nm.低温(7K)下的荧光谱中,在694nm处观察到了尖而锐的R线(零声子线),对应于Cr3+的2E→4A2的发射跃迁.由于温度猝灭效应,随着温度升高,晶体的荧光寿命降低,室温下荧光寿命约为114μs.计算了晶场强度参数Dq/B=2.49,4T2零声子能级与2E能级的间距△E为204cm-1,这些参数表明Cr3+处在较弱的晶场中,有利于4T2→4A2的宽带跃迁,Cr:GSGG晶体是较为理想的可调谐激光工作物质.     

基于铈钆共掺杂YAG单晶荧光片的高光效白光LED

为了满足高功率白光发光二极管(Light-Emitting Diode, LED)对荧光体的高性能要求,对白光LED用Ce_xGd∶YAG单晶荧光材料的制备和光学、电学、热学特性进行了研究。采用提拉法生长了Ce_xGd∶YAG(x=0.02, 0.04, 0.06, 0.08)单晶,并借助于X射线衍射(XRD)、吸收光谱、发射光谱等对晶体的光谱特性进行了表征,同时也测试分析了相对荧光强度随温度的变化关系、基于不同Ce³⁺浓度Ce_xGd∶YAG单晶的白光LED性能参数。结果表明Ce_xGd∶YAG单晶在450 nm的蓝光激发下,产生一个500～650 nm的宽峰发射,在100℃高温下,其荧光光强比商用荧光体粉末高出10%。当Ce³⁺浓度为6%时,采用Ce_xGd∶YAG单晶荧光片的白光LED光效高达153 lm/W,是Ce∶YAG和树脂荧光材料白光LED的两倍多。Ce_xGd∶YAG单晶荧光片,具有更高更稳定的荧光光强,制作...     

中空介孔SiO2纳米球的制备、改性及其对Al3+荧光识别研究

中空介孔SiO2由于中空多孔的结构而常用作功能材料的基底.将中空介孔SiO2进行官能团修饰,并应用为荧光传感材料是中空介孔SiO2一个重要的研究领域.本论文采用聚丙烯酸(PAA)为中空模板,聚醚F127为造孔剂,正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,氨水为催化剂在乙醇体系中制备了中空介孔SiO2纳米球.系统研究了搅拌速度和聚醚F127引入量对中空介孔SiO2纳米球形貌及比表面积的影响.通过透射电镜、N2-等温吸附脱附曲线等表征说明该合成方法具有很好的普适性,通过调节F127的引入可以实现对比表面积的有效控制.通过氨基化、席夫碱反应进行荧光修饰,进一步研究表明荧光修饰后的中空介孔SiO2纳米球在水溶液中能够实现对Al3+的有效检测,检测限为1.19×10 -7M.     

Sm3+∶Na5Y(MoO4)4材料的多晶合成与性能表征

本文采用高温固相法合成了Sm3+掺杂的Na5Y( MoO4)4粉末样品.利用X射线衍射仪(XRD)、同步热分析仪(DSC-TG)、荧光光谱仪等分析测试仪器,对多晶材料Sm3+∶Na5 Y0.95( MoO4)4的结构、热学特性与光谱性能进行了研究.研究发现:合成品相属于四方晶系,空间群为I41/a(88),熔点约为704.68℃,最强的两个吸收峰分别在404nm和465 nm处,最强的两个发射峰分别在603 nm和644nm处,是一种很用应用前景的LED用红色荧光材料.     

TGA-CdTe量子点在荧光探针方面应用

以巯基乙酸(TGA)为稳定剂,在加热回流氮气保护条件下制备CdTe量子点,用荧光分光光度计、透射电子显微镜和X射线粉末衍射仪对CdTe量子点进行表征.以该量子点为荧光探针,完善荧光淬灭法测定Cu2+、Hg2和Ag+等重金属离子的方法.考察缓冲溶液的pH值、反应时间、量子点浓度、量子点的稳定性和干扰离子等多种因素对重金属离子测定的影响.在pH值为6.2的三羟甲基氨基甲烷(tris)-盐酸缓冲溶液中,当量子点的浓度为4.2×10-2 μg/L和反应时间为30 min时,测得Cu2、Hg2+和Ag+的线性区间分别为2.3 ～250 μg、3.2～300 μg和4.3～ 150μg,检测下限分别为0.28 μg/L、0.53 μg/L和0.35 μg/L.并发现只有当所测量的重金属离子能与所采用的量子点能生成更难溶于水的沉淀才能引起量子点的荧光淬火,从而可以对此类重金属离子进行定量检测.     

Yb:GdVO4晶体的光谱及激光损伤阈值

采用提拉法(Czochralski)生长出优质的GdVO4和Yb:GdVO4晶体,其中纯GdVO4晶体具有较高的透过率,可达81;.晶体在室温下的偏振吸收光谱与非偏振荧光光谱表明,Yb:GdVO4晶体是一种具有较大的吸收半峰宽和荧光半峰宽的激光晶体,分别为44～52nm和40～46nm;随着掺杂浓度增大,π偏振吸收系数呈现饱和趋势,且荧光峰的位置出现了红移.此外,还采用Nd:YAG激光器测试了晶体的激光损伤阈值,实验表明,随着Yb3+掺杂浓度从4.1at;增加到22.9at;,激光损伤阈值也相应地从19.9×109W/cm2逐渐减小到2.79×109W/cm2.     

苯并[d]咪唑基Ni(Ⅱ)配合物的合成、晶体结构与荧光性质研究

以3-(4-羧苯基)-7-甲基-2-丙基-3H-苯并[d]咪唑-5-羧酸和六水合氯化镍为原料,采用混合溶剂加热回流方法合成出了一例具有三维超分子结构的镍配合物,并通过X射线单晶衍射、元素分析、红外光谱、紫外-可见光光谱和荧光光谱表征方法对其进行了结构解析和性质表征。X-射线单晶衍射结果表明,配合物属于三斜晶系,P1空间群;其晶胞参数为a=0.778 5(16) nm,b=1.126 6(2) nm,c=1.175 6(2) nm, α=113.63(3)°,β=93.24(3)°,γ=101.00(3)°,V=0.917 1(3) nm³。标题配合物为单核配合物,由4个配体阴离子连接中心Ni(II)离子形成了一维环形链,并进一步通过氢键和π-π堆积作用形成了三维超分子结构。荧光光谱分析结果表明配体和标题配合物均具有良好的荧光性质,且配合物的荧光性质优于配体。     

溅射法制备YAG:Ce3+荧光薄膜

以自制铈掺杂立方相钇铝石榴石(YAG∶Ce3+)荧光粉为原料经冷静压压制得到粉末靶材,在纯氩气气氛下通过射频磁控溅射法在石英玻片上镀膜,随后在氩气气氛下1100℃/3 h热处理得到YAG∶Ce3+荧光薄膜。系统探讨了溅射功率、靶间距等因素对YAG∶Ce3+荧光薄膜物理和发光性能的影响。分析发现采用粉末靶可以明显提高YAG∶Ce3+薄膜溅射沉积速率,在靶间距20 mm,溅射功率300 W的制备条件下得到的荧光薄膜经450 nm蓝光激发时,可发射524 nm的光,较商用荧光粉发射峰略有蓝移。粉末靶溅射制备荧光薄膜具有大规模实际应用潜力。     

Ce3+∶GdLu2Al5O12/Al2O3共晶微结构及其发光性能

稀土共晶闪烁体是通过定向凝固晶体生长技术,将具有不同折射率的两相制备成具有射线探测功能的共晶材料,其中含有激活离子的闪烁体相的折射率高于基质相。在高能射线辐照下,闪烁体相将入射高能射线转换成荧光,然后,荧光在闪烁体相和基底相的界面以全反射的形式实现定向输出,从而有效提高辐射探测成像的空间分辨率。本工作采用微下降法成功生长得到φ3 mm×117.0 mm 的1.0%(原子数分数)Ce∶GdLu₂Al₅O₁₂/Al₂O₃闪烁共晶样品。通过切割抛光加工得到φ3 mm×2.0 mm的共晶薄片,并将该共晶薄片进行微观结构、能谱分析和荧光性能等表征和测试,结果表明所得到的共晶样品由Ce∶GdLuAG和Al₂O₃两晶相构成,微观结构呈现出“中国结”结构,并在生长方向呈现出一定的有序排列。荧光光谱测试表明该共晶材料存在Gd³⁺-Ce³⁺间的能量传递,具有典型的Ce³⁺辐射跃迁,其中双宽峰发射峰最强位于560 nm。此外,根据生长速率对共晶样品发射峰强、峰位以及荧光寿命影响,优化出最佳下拉生长速率为4.0 mm/min。     

Preparation of YAG: Ce3+ Phosphor Thin Film by Sputtering Technique

以自制铈掺杂立方相钇铝石榴石(YAG:Ce3+)荧光粉为原料经冷静压压制得到粉末靶材,在纯氩气气氛下通过射频磁控溅射法在石英玻片上镀膜,随后在氩气气氛下1100℃/3 h热处理得到YAG:Ce3+荧光薄膜.系统探讨了溅射功率、靶间距等因素对YAG:Ce3+荧光薄膜物理和发光性能的影响.分析发现采用粉末靶可以明显提高YAG:Ce3+薄膜溅射沉积速率,在靶间距20mm,溅射功率300 W的制备条件下得到的荧光薄膜经450 nm蓝光激发时,可发射524 nm的光,较商用荧光粉发射峰略有蓝移.粉末靶溅射制备荧光薄膜具有大规模实际应用潜力.     

MgAl2O4:Cr3+单晶光纤生长与荧光温度特性研究

采用激光加热基座法制备了0.5at;Cr3+掺杂镁铝尖晶石单晶光纤.通过XRD、荧光光谱、荧光寿命测试对所制备的单晶光纤的晶相、荧光温度特性进行了实验研究,结果表明所制备的MgAl2O4:Cr3+单晶光纤的主晶相为MgAl2O4晶相,镁铝尖晶石晶相结构并没有因Cr3+掺入而发生改变,在405nmLED激发下,随着温度升高MgAl2O4:Cr3+单晶光纤荧光强度下降,尤其是2E→4A2能级跃迁产生的荧光强度下降明显,同时随着温度的升高,MgAl2O4:Cr3+单晶光纤的荧光寿命随温度单调下降,系统荧光寿命从室温293K的7.74ms下降到723K的0.5ms左右.由于其相对较长的荧光寿命,MgAl2O4:Cr3+单晶光纤非常适合作为荧光温度敏感材料应用于荧光寿命型光纤温度传感器.