Dy~(3+),Sm~(3+)共掺杂Ca_2A1[AlSiO_7]荧光粉的发光性质研究

采用高温固相反应法合成了一系列Dy~(3+)、Sm~(3+)单掺杂和共掺杂铝方柱石发光材料,详细地研究了Dy~(3+)、Sm~(3+)掺杂对铝方柱石的结构和发光性质的影响。XRD结果表明Dy~(3+)、Sm~(3+)离子单掺杂和共掺杂样品均形成了单相的铝方柱石结构化合物,并没有改变基质的晶体结构。发光光谱表明,通过调节Dy~(3+)、Sm~(3+)离子的掺杂比例,发光颜色可实现从黄色到黄白色的可控调节。此外,发射和激发光谱表明,Dy~(3+)与Sm~(3+)离子之间存在有效的光谱重叠,暗示着Dy~(3+)→Sm~(3+)的能量传递。荧光寿命衰减结果进一步证实Dy~(3+)与Sm~(3+)离子之间是一种无辐射共振能量传递方式。     

Dy~(3+)和Tb~(3+)掺杂镓硼锗硅酸盐玻璃发光性能

采用高温熔融法分别制备了高含量Tb~(3+)单掺和Dy~(3+)/Tb~(3+)共掺的镓硼锗硅酸盐(GBSG)发光玻璃,并分析了其光谱性能。根据Dy~(3+)和Tb~(3+)掺杂的镓硼锗硅酸盐(GBSG)玻璃的激发和发射光谱、荧光寿命衰减曲线等特性,探讨了Dy~(3+)与Tb~(3+)之间的能量传递关系。结果表明:玻璃的发光强度和荧光寿命随着Tb~(3+)、Dy~(3+)含量的增加而减少。与相同摩尔浓度的单掺玻璃相比,共掺玻璃发光强度的衰减速率先减慢而后加快。Tb~(3+)、Dy~(3+)离子之间的能量传递方式为无辐射共振能量传递和~4F_(9/2)+~7F_6→~6H_(15/2)+~5D_4交叉弛豫效应。     

多坩埚温度梯度法生长Dy3+:LaF3晶体及发光特性

采用多坩埚温度梯度法(Multi-crucible temperature gradient technology,MC-TGT)制备了Dy~(3+)掺杂氟化镧(Dy~(3+)∶LaF_3)晶体。通过电感耦合等离子体发射光谱仪、透射光谱、吸收光谱、荧光光谱等手段对Dy~(3+)在LaF_3晶体中的实际掺杂浓度、中红外透过光谱、可见光波段光谱特性等进行了研究。实验结果表明,Dy~(3+)在LaF_3晶体中的分凝系数约为0.8;格位浓度随着Dy~(3+)掺杂浓度提高而增加,2%Dy∶LaF_3晶体中的格位浓度达5.90×10~(20) ions·cm~(-3)。在1%Dy∶LaF_3晶体中,采用400 nm光激发,发光中心波长位于601 nm的发射谱带强度最大,位于511 nm的发射峰最宽,半高宽达152 nm;改用450 nm光激发,最强发射峰移至677 nm,最宽发射峰位于568 nm处。提高Dy~(3+)掺杂浓度到2%,采用400 nm或450 nm光激发,发光中心波长均位于478 nm和571 nm。在透射光谱2.5～9μm范围内,Dy∶LaF_3晶体(厚度为0.96 mm)红外波段透过率达85%以上。Dy∶LaF_3晶体有望在可见光、中红外等激光领域得到应用。     

近紫外光激发KBaGd(MoO_4)_3:Dy~(3+)荧光粉的制备及发光性能

采用溶胶-凝胶法制备了KBa Gd(Mo O_4)_3∶Dy~(3+)荧光粉,并借助于扫描电镜(SEM)、X射线粉末衍射(XRD)、激发光谱、发射光谱及荧光衰减曲线等测试手段对其形貌、结构及光谱性能进行了分析。结果显示:与高温固相反应法相比,采用溶胶-凝胶法得到的样品粒径均匀,且形状更加规则。在近紫外光(390 nm)的激发下,KBa Gd(Mo O_4)_3∶Dy~(3+)荧光粉的两个主发射峰分别位于485 nm与577 nm处,样品蓝黄比约为0.7。在KBa Gd(Mo O_4)_3基质中,Dy~(3+)离子的最佳掺杂摩尔分数为10%,引起浓度猝灭的机理是激活离子间的电偶极间相互作用。随着Dy~(3+)离子浓度的升高,样品荧光寿命缩短,且荧光衰减曲线逐渐偏离单指数变化。     

Dy3+掺杂硼硅酸盐玻璃的发光特性

采用高温熔融法制备了Dy3+掺杂硼硅酸盐玻璃,通过测试激发光谱和发射光谱,研究了其光谱性质.研究了玻璃组分及Dy3+掺杂浓度对发射光谱及发光强度的影响,并计算了色坐标,均位于白光区域.通过改变玻璃组分及掺杂浓度,调节黄、蓝发射峰的强度比,在387 nm长紫外光激发下实现了单一基质上有效的白光发射.     

Tm3+/Tb3+/Eu3+掺杂硼酸盐玻璃陶瓷的 能量转换和发光性能

为获得单一基质的白光发射材料,采用熔融析晶法制备了Tm~(3+)/Tb~(3+)/Eu~(3+)掺杂的硼酸盐玻璃陶瓷。采用XRD、TEM、紫外-可见分光光度计和荧光分光光度计对样品的结构、光谱特性和发光性能进行表征。实验结果表明:玻璃经(500℃+2 h)+(550℃+2 h)热处理后析出单一晶相BaAlBO_3F_2。在363 nm激发下,单掺Tm~(3+)、Tb~(3+)、Eu~(3+)的样品分别发出蓝光、绿光、红光。与玻璃样品相比,玻璃陶瓷样品的发光强度明显增加。通过改变Eu~(3+)离子浓度,玻璃陶瓷样品的色坐标由(0.291 8,0.331 1)变化为(0.388 1,0.338 2)。当Tm~(3+)、Tb~(3+)、Eu~(3+)的浓度分别为0.4%、0.8%和0.2%时,玻璃陶瓷样品的色坐标(0.333 9,0.335 7)和色温(5 427.92 K)与标准白光(0.333 3,0.333 3;5 454.12 K)极为接近。荧光光谱和荧光衰减结果证实,样品中存在Tm~(3+)→Eu~(3+)和Tb~(3+)→Eu~(3+)的能量传递。制备的玻璃陶瓷材料有望用于白光LED及其他光学显示器件。     

近红外发光材料Mg2SnO4:Cr3+的制备及发光性质

采用高温固相法合成了一种新型近红外发光材料Mg_(2-x)SnO_4∶xCr~(3+)。利用X射线粉末衍射仪对样品的结构进行了表征,证明所得到的荧光粉具有单一尖晶石结构,掺杂离子的加入并没有改变晶体结构。利用荧光光谱和荧光衰减光谱对荧光粉的发光性质进行了研究。当被470 nm的蓝光激发时,荧光粉在700 nm处出现一个尖锐的发射峰(R锐线)和中心发射在750 nm处的宽带发射峰,分别归属于Cr~(3+)的~2E→~4A_2和~4T_2(~4F)→~4A_2跃迁。研究不同浓度Cr~(3+)掺杂对样品发光性质的影响,发现样品的发光强度随着Cr~(3+)浓度的增加而增大。当Cr~(3+)掺杂浓度x=0.02时达到最大值,之后出现发光强度的猝灭,猝灭机理为多极相互作用。样品的荧光寿命随着Cr~(3+)掺杂浓度的增大逐渐减小,从而证明Cr~(3+)之间存在着能量传递现象。Mg_(2-x)SnO_4∶xCr~(3+)系列荧光粉还表现出了近红外长余辉发光性质。     

CaMoO_4∶Dy黄绿色荧光粉的微波合成及掺杂PO_4~(3-)的荧光增强效应

采用微波辐射法合成了一系列的Ca_(1-x)MoO_4∶x Dy~(~(3+))(0x≤0.12)和Ca_(0.98)(Mo O_4)_(1-1.5y)(PO_4)y∶0.02Dy~(3+)(0≤y≤0.10)黄绿色荧光粉,分别用X射线粉末衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和荧光分光光度计对荧光粉的物相结构、微观形貌、发光特性进行了分析和表征。结果表明:所制得的CaMoO_4∶Dy~(3+)晶体结构与Ca Mo O4相似,为四方晶系、白钨矿结构。样品颗粒呈立方形,边长约为5μm,且是由尺寸约为120~540 nm的类球形小颗粒组成。样品的最大激发峰位于300 nm处。发射光谱由一系列尖峰组成,最强发射峰位于572 nm处,对应于Dy~(3+)的4F9/2→6H13/2跃迁,发光强度随Dy~(3+)浓度的增加先增大后减小,当Dy~(3+)摩尔分数为0.02时发光强度最大,而后随Dy~(3+)浓度的增加,发生了浓度猝灭效应。由Dexter浓度猝灭理论知,Dy~(3+)浓度猝灭主要为电偶极-电偶极相互作用和Dy~(3+)离子间交叉弛豫造成的。在254 nm波长激发下,Ca Mo O4∶Dy~(3+)的色坐标集中在黄绿光区域。此外,PO3-4的掺杂有效提高了CaMoO_4∶Dy~(3+)体系的发光亮度,PO_4~(3-)的最佳掺杂量为y=0.04,此时样品的发光强度比未掺杂样品提高了约19%。     

La2-x-yMgTiO6:xDy3+,yEu3+白色荧光粉的 荧光性能及能量传递

采用高温固相法合成了La_(2-x)MgTiO_6∶xDy~(3+)和La_(2-x-y)MgTiO_6∶xDy~(3+),yEu~(3+)系列荧光粉,通过X射线衍射对其相结构进行了表征,优化了荧光粉的组成,研究了Dy~(3+)和Eu~(3+)浓度对发光强度的影响,测试了荧光粉的荧光光谱和寿命,研究了Dy~(3+)和Eu~(3+)之间的能量传递机理和能量传递效率。结果表明:所有合成的掺杂荧光粉均为单相物质;La_(2-x)MgTiO_6∶xDy~(3+)最佳掺杂浓度为x=0.05;在350 nm近紫外光激发下,La_(2-x-y)MgTiO_6∶xDy~(3+),yEu~(3+)显示出Dy~(3+)的特征黄、蓝光发射和Eu~(3+)的特征红光发射;Dy~(3+)的荧光寿命呈双指数衰减,随着Eu~(3+)浓度的增大,Dy~(3+)的荧光寿命逐渐减小,证明了Dy~(3+)和Eu~(3+)离子之间存在着能量传递;能量传递效率随着Eu~(3+)掺杂浓度的增加而增加,La_(1.83)MgTiO_6∶0.05Dy~(3+),0.12Eu~(3+)荧光粉的能量传递效率为53.9%;改变调节Eu~(3+)的掺杂浓度可以得到从冷白色到暖白色的荧光粉,La_(1.83)MgTiO_6∶0.05Dy~(3+),0.12Eu~(3+)的色坐标为(0.337 3,0.354 4)。     

Eu/Tm/Tb掺杂硼硅酸盐玻璃的发光性能

采用熔融淬冷法制备了性能优越的Eu/Tm/Tb单掺、双掺和三掺的硼硅酸盐玻璃。测试了样品的激发和发射光谱,计算了CIE色坐标,研究了紫外激发下Eu/Tm/Tb掺杂的硼硅酸盐玻璃的发光性能。结果表明:在361 nm激发下,随着Tm~(3+)加入到Eu_2O_3掺杂的硼硅酸盐样品中,观察到Tm~(3+)的459 nm(1D_2→3F_4)锐线特征发射峰,同时由于Eu~(3+),Eu2+→Tm~(3+)的能量传递的存在降低了Eu2+的437 nm宽带峰及Eu~(3+)的589nm(5D0→7F1)和612 nm(5D_0→7F_2)的特征发射峰强度。在377 nm激发下,Eu/Tm/Tb三掺样品能够同时出现红、绿和蓝光。调节Eu2O3的含量能有效改变发光玻璃的发光强度和颜色,最终得到色坐标为(0.33,0.386 7)的发光玻璃。     

Dy3+含量对Eu2+,Dy3+共掺高硅氧发光玻璃发光性能的影响

通过控制Dy3+的掺杂浓度,制备出了不同浓度的Eu2+,Dy3+单掺和共掺高硅氧发光玻璃,测试其激发和发射光谱,讨论了Dy3+浓度对Eu2+,Dy3+共掺样品发光性质的影响。结果表明,Eu2+,Dy3+共掺高硅氧发光玻璃中存在Dy3+向Eu2+的无辐射能量传递现象,且Dy3+的引入会使高硅氧发光玻璃中Eu—O的共价作用减弱,造成Eu2+发射峰蓝移;随着Dy3+浓度的增加,Dy3+→Eu2+能量传递增强,Eu2+发光增强;Dy3+含量继续增加,则Dy3+发光出现浓度猝灭,且Dy3+→Eu2+能量传递减弱。     

纳米CaO ∶ Eu3+的制备及发光性质

利用共沉淀法制备了纳米CaO : Eu³⁺发光粉体。并对不同掺杂浓度和不同煅烧温度下所制备的CaO : Eu³⁺粉体进行室温发光性质的研究。在室温下观测到CaO : Eu³⁺样品具有较强的Eu³⁺离子特征发射。通过对不同煅烧温度下样品发射谱的对比,发现样品在591 nm和610 nm处的发射峰积分强度比随着煅烧温度的升高而降低,说明在不同的煅烧温度下,Eu³⁺占据了两种不同的格位。对样品强发射峰进行监测,可观测到样品中的O^2-和Eu³⁺离子之间形成的电荷迁移态。通过对比不同掺杂浓度下Eu³⁺离子发射光谱,发现将Eu³⁺掺杂到CaO基质中的适宜浓度为4%。     

近紫外激发单基质白光荧光粉NaLaMgWO6∶Dy^3+/Bi^3+的制备及能量传递

采用高温固相法制备了一系列单基质荧光粉NaLa1-x-yMgWO6∶xDy3+/yBi3+(x=0.01,0.02,0.04,0.06;y=0.01,0.02,0.04,0.06)。通过对Dy3+/Bi3+双掺杂浓度进行优化,Bi3+离子的掺杂不仅可以有效增强荧光粉的发光强度,还实现了发光颜色的可调。通过对系列NaLaMgWO6∶xDy3+/0.02Bi3+样品的荧光衰减曲线的分析可知,Dy3+离子浓度从1%增加到6%,Bi3+离子的荧光寿命逐渐减少,从而有力地证明了NaLaMgWO6∶Bi3+/Dy3+荧光粉中存在Bi3+→Dy3+的能量传递过程。另外,通过电多极相互作用公式计算可知,Bi3+→Dy3+能量传递过程为偶极-偶极的相互作用,最优Bi3+/Dy3+掺杂样品的能量传递效率达到42.67%。在紫外光的有效激发下,通过改变Dy3+离子掺杂浓度,NaLaMgWO6∶Bi3+/Dy3+荧光粉可以实现白光发射。研究证明NaLaMgWO6∶Bi3+/Dy3+荧光粉是一种具有潜在应用前景的白光发光材料。     

Dy3+单掺和Er3+,Yb3+共掺氧氟微晶玻璃的发光性能

采用高温熔融法和热处理工艺制作了含有GdF3纳米晶的氧氟微晶玻璃。在386 nm激发下,Dy3+掺杂氧氟微晶玻璃的发光强度明显增强,且蓝光对黄光的发光强度比逐渐增大,表明Dy3+已进入到GdF3纳米晶中。在980 nm激光器泵浦下,Er3+,Yb3+共掺氧氟微晶玻璃的上转换发光随着热处理温度的升高明显增强,Er3+的上转换发光出现明显的Stark分裂现象,这亦说明Er3+已进入到GdF3纳米晶相中。通过研究上转换发光强度与泵浦功率的关系,确定绿光上转换发光为双光子过程。     

温度对长余辉发光玻璃发光性能的影响

在还原气氛下, 制备了稀土Eu₂O₃ , Dy₂O₃掺杂的铝硅酸盐长余辉发光玻璃。分析了不同温度对SrAl₂O₄ : Eu, Dy发光玻璃的余辉发光的影响,比较了SrAl₂O₄ : Eu和SrAl₂O₄ : Eu, Dy发光玻璃的余辉发光的时间积分强度。结果表明:SrAl₂O₄ : Eu, Dy长余辉发光玻璃的发射光谱存在455,515 nm两个发射峰值,并且其余辉衰减正比于t^-0.8。SrAl₂O₄ : Eu, Dy长余辉发光玻璃余辉发光时间积分强度在150 K附近开始增加,并在275 K达到最大;Dy³⁺离子是造成空穴陷阱的主要原因。     

稀土掺杂长余辉发光玻璃的研究

分别采用空气气氛和还原气氛,制备了稀土Eu₂O₃,Dy₂O₃掺杂的铝硅酸盐玻璃,利用荧光光谱仪对样品进行了测试。结果表明：空气气氛条件下制备的铝硅酸盐玻璃样品均不具备长余辉发光性能, 其激发光谱和发光光谱均是Eu3+的5D_i(i=0, 1)→7F_j(j=0～4)跃迁的典型光谱。经还原气氛处理后,单掺和双掺的铝硅酸盐玻璃样品均具有长余辉发光现象,单掺Eu2+的发光峰位于462 nm,而双掺Eu2+和Dy3+的发光峰位于457 nm,且双掺Eu2+和Dy3+的样品陷阱能级较深,样品的发光持续时间长达12 h以上。     

纳米晶ZrO2∶Dy3+的制备与发光性质研究

利用共沉淀法制备了纳米晶ZrO2∶Dy3+发光粉体,对不同掺杂浓度、不同煅烧温度的系列样品,均观测到Dy3+离子的室温强特征发射.样品的晶相与发射性质的研究表明:所制备的样品经600℃~950 ℃热处理后,晶相经历从四方相到以单斜相为主的变化;由于晶相的变化,发现有两个发光中心,分别位于四方相和单斜相.激发Dy3+的6P7/2能级,当稀土离子处在四方相(格位一)时有利于483 nm和583 nm的发射,当稀土离子处在单斜相(格位二)时有利于490 nm和577 nm的发射.基质ZrO2和Dy3+离子之间有能量传递,950℃时能量传递效果最好.荧光强度与掺Dy3+离子浓度关系表明,Dy3+在纳米晶ZrO2中的最适合掺杂浓度与ZrO2的晶相有关,四方相时,最适合掺杂浓度为0.5%,混合相时为1%.     

激光激励下镝离子掺杂氟硼酸盐玻璃荧光体的辐照参数

采用高温熔融法制备了镝离子掺杂氟硼酸盐玻璃荧光体,利用积分球绝对光谱测试系统,在453 nm蓝色激光二极管激发下,对玻璃荧光体的荧光光谱进行表征,解析出玻璃荧光体的相关绝对荧光参量。测试与计算结果表明,1.0 Wt% Dy₂O₃掺杂玻璃荧光体在功率15.81 mW的蓝色激光激发下,净发射光谱功率是286.91 μW,发射光子数为17.17×1014 cps,其荧光量子产率达到25.86%。为提高玻璃荧光体对泵浦激光的利用率,减少残余激光成分,进而改善组合光品质,制备了大体积的1.5 Wt% Dy₂O₃掺杂玻璃荧光体,在高功率的蓝色激光激发下获得白色照明效果,该玻璃荧光体在激发功率分别为56.0和252.7 mW的激光激发下,组合荧光对应的色坐标分别是(0.316, 0.287)和(0.303,0.268)。激光激励下的高效白色发光表明Dy3+掺杂氟硼酸盐玻璃荧光体在激光照明领域具有良好的应用前景。     

Dy3+对Tb3+激活硅酸盐氟氧闪烁玻璃发光性能的影响

采用高温熔融法制备了Dy3+或Tb3+单掺和Dy3+/Tb3+共掺硅酸盐氟氧闪烁玻璃。通过对傅里叶变换红外光谱、透射光谱、光致激发和发射光谱、X射线激发发射光谱及荧光衰减曲线的分析,研究Dy3+与Tb3+之间的能量传递关系以及Dy3+对Tb3+激活硅酸盐氟氧闪烁玻璃发光性能的影响。实验结果表明：Dy3+/Tb3+共掺硅酸盐氟氧闪烁玻璃具有较高的密度和良好的可见区透过率,玻璃的网络结构是由[SiO₄]四面体和[AlO₄]四面体连接构成。在紫外光激发时,Dy3+单掺玻璃的发光源于Dy3+的4F_9/2→6H_15/2(483 nm),6H_13/2(576 nm)的跃迁发射,而Tb3+单掺玻璃的发光则源于Tb3+的5D₄→7F₆(489 nm),7F₅(544 nm),7F₄(586 nm)和7F₆(623 nm)的跃迁发射。对于Dy3+/Tb3+共掺玻璃,发射光谱则主要由Tb3+的荧光发射组成。通过对不同波长紫外光激发的发射光谱分析发现,Dy3+/Tb3+共掺闪烁玻璃中存在多种形式的能量传递。在以Dy3+的特征激发452 nm为激发波长时,Tb3+单掺玻璃的发光很弱。但随着Dy3+的引入,通过4F_9/2(Dy3+)→5D₄(Tb3+)的能量传递,Tb3+发光得到敏化增强。Dy3+/Tb3+共掺玻璃的发光强度随着Dy₂O₃含量的增多而增强,Dy₂O₃含量为1 mol%时达到最大,更高Dy₂O₃含量的样品由于Dy3+的浓度猝灭,减少了向Tb3+的能量传递,发光强度减弱。当激发波长减小到350 nm时,Dy3+和Tb3+均被激发到更高的能级6P_7/2(Dy3+)和5L₉(Tb3+),此时除了4F_9/2(Dy3+)→5D₄(Tb3+)的能量传递外,还出现了5D₄(Tb3+)→4F_9/2(Dy3+)的能量回传。Dy3+掺杂浓度较低时,Dy3+→Tb3+能量传递作用较强,Tb3+发光得到敏化增强。随着Dy₂O₃含量的增多,Tb3+→Dy3+能量传递作用增强。当Dy₂O₃含量超过0.4 mol%时,Tb3+→Dy3+能量传递强于Dy3+→Tb3+能量传递,减少了Tb3+的辐射跃迁发光,因此Dy3+/Tb3+共掺玻璃的发光强度开始减弱。由于Gd3+向Dy3+或Tb3+均可进行有效的能量传递,因此在以Gd3+的特征激发274 nm为激发光时,Dy3+/Tb3+共掺玻璃中出现了Dy3+和Tb3+对Gd3+传递能量的竞争。随着Dy₂O₃含量的增多,Tb3+所获得的能量不断减少,同时伴随着Tb3+→Dy3+能量回传和Dy3+之间的无辐射交叉弛豫作用,Dy3+/Tb3+共掺玻璃的发光强度不断减弱。对Dy3+/Tb3+共掺闪烁玻璃中Tb3+的5D₄→7F₅荧光衰减曲线分析还发现,随着Dy₂O₃含量的增多,Tb3+的荧光寿命从2.24 ms缩短到1.15 ms,曲线从单指数形式变为双指数形式,进一步证明玻璃中存在5D₄(Tb3+)→4F_9/2(Dy3+)的能量回传。X射线激发发射光谱显示,Dy3+的引入对Tb3+激活闪烁玻璃的辐射发光具有很强的负面影响,而这种负面影响不足以通过Dy3+→Tb3+能量传递来弥补,因此Dy3+/Tb3+共掺玻璃的辐射发光强度随着Dy₂O₃含量的增多而不断减弱。由此可见,在Tb3+激活硅酸盐氟氧闪烁玻璃中,不宜将Dy3+作为敏化剂,用于增强Tb3+的发光。