Cr3+、Yb3+共掺杂LaSc3(BO3)4近红外荧光粉的发光与器件性能

荧光粉转换型宽带发射近红外LED在食品检测、生物医药、安防监控等领域具有重要的应用价值.本工作介绍了一种具有宽带近红外发射的LaSc3(BO3)4:Cr3+(LSB:Cr3+)荧光粉,在460 nm蓝光激发下,其发射覆盖650～1200 nm范围,半高宽达到170 nm.在此基础上,通过Yb3+共掺,有效提升了其发光性...     

Ca_(2)TbHf_(2)Al_(3)O_(12)∶Ce^(3+),Cr^(3+)石榴石荧光材料的宽带近红外发射与能量传递EI北大核心CSCD

近红外荧光转换型发光二极管(pc‐LED)在光谱分析、生物成像、夜视照明等领域有重要应用价值,得到了人们的广泛关注。本文采用高温固相法制备了一系列Ca_(2)TbHf_(2)Al_(3)O_(12)∶Ce^(3+),xCr^(3+)(CTHAO∶Ce^(3+),xCr^(3+))近红外荧光材料,通过粉末XRD表征结合结构精修技术确定制备的CTHAO∶Ce^(3+),xCr^(3+)为纯相石榴石结构。在该样品中,Tb^(3+)作为基质组成,与掺杂离子Ce^(3+)共同作为Cr^(3+)离子的敏化剂,三者之间存在多种能量传递效应,通过光谱及荧光寿命表征证实存在Ce^(3+)→Tb^(3+)、Ce^(3+)→Cr^(3+)、Tb^(3+)→Cr^(3+)的能量传递过程;重点分析了Tb^(3+)向Cr^(3+)的能量传递机制,以偶极‐四极交互作用为主导,能量传递效率可达79.5%。CTHAO∶Ce^(3+),0.02Cr^(3+)在100℃时的近红外发射强度能保持初始强度的36%,计算得到活化能为0.30 eV。将该样品与410 nm芯片相结合制成器件,在驱动电流为200 mA时,近红外最大输出功率可达7.5 mW,光电转换效率为1.2%。本工作研究了通过多重能量传递提高Cr^(3+)的发光,对于设计和开发Cr^(3+)激发的高效近红外发光材料有一定的指导意义。     

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。     

LEDs用KSr_4(BO_3)_3∶Eu~(2+)荧光粉的发光性质

采用固相法合成了KSr4(BO3)3∶x Eu2+(KSB∶x Eu2+)荧光粉,通过X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)及光致发光光谱分别研究了样品的晶相、形貌及发光性质。XRD研究结果表明制备的样品为正交晶系的KSr4(BO3)3单相。当Eu2+的掺杂摩尔分数x为1.5%时,在激发光谱250~550 nm范围内观察到了两个宽带激发,可归属为Eu2+的4f7-4f65d1跃迁;在400 nm激发下,发射谱呈现出一个不对称的黄色发射带,峰值位于560 nm处,可归属于Eu2+的4f65d1-4f7跃迁。因在KSr4(BO3)3化合物中存在3个Sr格位,根据其光谱特征可推测发射谱中非对称的发射带来源于多个Eu2+发光中心。     

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。     

Lu_(2)O_(3)∶Er^(3+)/Yb^(3+)荧光材料的上转换发光及其温度传感特性EI北大核心CSCD

采用CO_(2)激光区熔法制备了Lu_(2)O_(3)∶0.5%Er^(3+)/x%Yb^(3+)(x=1,3,5)上转换荧光材料。X射线衍射结果表明,所制备的Lu_(2)O_(3)∶Er^(3+)/Yb^(3+)荧光材料具有纯Lu_(2)O_(3)晶相。在980 nm激光激发下,样品发出明亮的上转换荧光。光谱测试结果表明,样品上转换荧光强度和荧光中绿光与红光比例随Yb^(3+)离子浓度改变,当Er^(3+)和Yb^(3+)离子浓度分别为0.5%和3%时,样品上转换荧光强度最强。通过荧光强度比(FIR)技术研究了样品Lu_(2)O_(3)∶0.5%Er^(3+)/3%Yb^(3+)在298~873 K温度范围内上转换荧光温度传感特性,在532.8 K时最大绝对灵敏度为0.0060 K^(-1),在298 K时最大相对灵敏度为0.0090 K^(-1)。结果表明,Lu_(2)O_(3)∶Er^(3+)/Yb^(3+)荧光材料非常适合用于宽温度范围荧光温度传感。     

La_(2)ATiO_(6)(A=Mg,Zn)∶Er^(3+)荧光材料的上转换发光特性及温度传感特性调控EI北大核心CSCD

Er^(3+)的上转换性能强烈依赖局部位置对称畸变。在本研究中,采用高温固相法制备了La_(2)Mg_(1-w)Zn_(w)TiO_(6)∶xEr^(3+)(x=0,0.02,0.04,0.06,0.08,0.10;w=0,0.3,0.5,0.7,1.0)系列荧光粉。基于XRD精修,Zn^(2+)的掺杂改变了La_(2)Mg⁃TiO_(6)晶体的配位环境,晶相由Pbnm转变为P2_(1/n)。在980 nm激光激发下,样品上转换荧光强度随Er^(3+)离子浓度改变,当Er^(3+)离子浓度为x=0.06时样品的上转换荧光强度最强。基于荧光强度比技术研究了样品La_(2)Mg_(1-w)ZnwTiO_(6)∶xEr^(3+)(x=0.06;w=0,0.3,0.5,0.7,1.0)在303~583 K温度范围内的上转换荧光温度传感特性。实验结果表明,灵敏度随着Mg^(2+)和Zn^(2+)掺杂浓度比例的改变而改变,在w=1.0时达到最大绝对灵敏度0.90%·K^(-1),说明Zn^(2+)的掺杂提高了La_(2)MgTiO_(6)的灵敏度。     

通过Pr^(3+)掺杂SrZnOS实现应力发光颜色调控及其应力发光机理EI北大核心CSCD

采用高温固相法成功制备出新型Sr_(1-2x)Pr_(x)Li_(x)ZnOS应力发光材料。通过XRD、扫描电镜、漫反射、光致发光、荧光衰减、应力发光和热释光等测试详细研究了晶体结构、形貌、光致和力致发光性能及其发光机理。在298 nm激发下,Sr_(1-2x)Pr_(x)Li_(x)ZnOS的发光位于522 nm和674 nm,分别来自于Pr^(3+)离子从激发态^(3)P_(0)到^(3)H_(5)、^(3)F_(2)的跃迁。随着Pr^(3+)浓度增加,发光强度先增加后减小,在x=0.015时发光最强,且衰减时间从17.79μs减短到5.93μs。在载荷为5000 N激发下可以获得Pr^(3+)离子的522 nm和674 nm的应力发光发射带。位于522 nm和674 nm的两个发射带的相对强度I_(G)/I_(R)随着掺杂浓度的增加呈线性减小,且在色坐标图(CIE)和实物应力发光照片中均能观测到应力发光的颜色从黄绿光到橙黄光的转变。该材料的研究将为应力发光领域提供调控颜色的新思路,在压力显示成像和应力传感领域具有潜在的应用价值。     

环境友好型Cs_(3)MnBr_(5)材料的制备及发光性能EI北大核心CSCD

无机铅卤钙钛矿CsPbX_(3)(X=Cl,Br,I)由于具有荧光量子产率高、带隙可调、吸光系数高等优点,在发光器件和光伏器件领域有着广阔的应用前景。但由于重金属铅具有毒性,会对环境及生物造成危害,所以开发无铅钙钛矿及其衍生材料成为研究热点。而在众多材料中,钙钛矿衍生材料——金属卤化物具有种类多、结构类型多、发光性能优等优点。因此本文利用油酸还原法制备了钙钛矿衍生材料Cs_(3)MnBr_(5),该方法具有环境友好、能耗低、产物纯度高、可大批量生产等优点。Cs_(3)MnBr_(5)材料在近紫外激发下显示了明亮的绿色发光,峰值位于528 nm,半高宽43 nm,色坐标为(0.25,0.69),色纯度高达92%,荧光量子产率为64.69%,在LED照明领域和显示领域具有商业应用潜力。     

Er^(3+)掺杂对ZnO/GaN发光二极管电致发光性能的调控EI北大核心CSCD

采用水热法制备了Er^(3+)掺杂的ZnO纳米棒阵列,通过场发射扫描电镜、X单晶衍射谱仪、透射电镜、微区显微光谱仪等对其形貌结构和发光性能进行了表征。结果表明,掺杂前后ZnO纳米棒的形貌及晶型结构未发生改变,Er^(3+)被均匀地掺杂至ZnO纳米棒中,并未发现形成Er_(2)O_(3);掺杂Er^(3+)后样品的光致发光光谱显示400 nm左右蓝光部分占比先提高后减少,其可见光占比减少归因于Er^(3+)填补了一部分锌空位缺陷,同时抑制了一部分氧空位缺陷。结合荧光寿命光谱分析也可发现其辐射发光部分寿命延长,表明荧光辐射效率提高。最终选取掺杂浓度为30%的单根ZnO纳米棒制备ZnO/GaN异质结发光二极管,与未掺杂Er^(3+)的样品相比,其电致发光强度提高了5倍。本研究可为ZnO基电致发光器件的性能改善提供一种简便可行的方法。     

980 nm激发下Tm~(3+)诱导的Gd~(3+)上转换发光性质研究

通过简单温和水热法,制备了系列Tm3+/Yb3+共掺GdF3粉末。用X射线衍射仪和场发射扫描电镜对样品进行了结构和形貌表征。在980 nm半导体连续激光二极管激发下,用荧光光谱仪对氩气保护下退火后的粉末样品进行了上转换发射光谱表征。粉末上转换发光动力学过程是在脉冲(脉宽10 ns,重复频率10 Hz)YAG∶Nd激光器激发光参量振荡器至980 nm激发下研究的,发光信号由单色仪和示波器记录。文章主要讨论了Gd3+的311.6 nm(6P7/2→8S7/2)的发光动力学行为。发光动力学分析结果表明:在980 nm激发下,Gd3+,作为一种基质离子,其发光是由Yb3+作为一级敏化离子通过多步能量传递把能量传递给Tm3+使其布居至3P2能级;然后Tm3+作为二级敏化离子通过能量传递过程3P2→3H6(Tm3+):8S7/2→6IJ(Gd3+)把能量传给Gd3+;进一步,Gd3+与Yb3+或Tm3+之间通过能量传递过程布居至高激发多重态6DJ能级;最后,可观察到Gd3+的激发态6D9/2,6IJ,6P5/2及6P7/2至基态8S7/2的发射。同时,Tm3+在其自身发光过程中也充当激活剂,除了3P2及1I6至3H6的发射外,其他发射不作研究。文章还研究了基质Gd3+依赖于Yb3+浓度、Tm3+浓度、退火温度及激发功率密度的紫外上转换发光性质。     

Ba^(2+)调制SrGe_(4-x)O_(9)∶xMn^(4+)晶体结构及其发光性质EI北大核心CSCD

采用传统固相法在1100℃合成了SrGe_(4-x)O 9∶x Mn^(4+)(SGOM)系列荧光粉,通过Ba^(2+)取代Sr 2+调制了荧光粉基质的局部结构,对样品的晶体结构、发光性质和热稳定性进行了探讨。XRD测试结果表明,Mn^(4+)和Ba^(2+)均成功地掺杂进入基质SrGe_(4)O_(9)晶格,没有其他物相产生。在275 nm紫外光激发下,SGOM荧光粉的发射光谱是位于600~750 nm的深红色谱带,峰值波长位于660 nm,主要源于Mn 4+离子^(2)E g→^(4)A _(2g)能级跃迁的窄带发射,优化的Mn^(4+)浓度为0.015。利用Ba^(2+)离子对SrGe _(3.985) O _(9)∶0.015Mn^(4+)荧光粉的发光性质进行调控,发现随着Ba^(2+)浓度增大,发射光谱的强度先上升后下降,最佳Ba^(2+)浓度为0.4。Ba^(2+)离子的引入造成基质结构中Sr1O10多面体产生局部扩张,导致样品的发射光谱展宽。为了解决封装白光LED中有机材料存在的难以承受发热的问题,制备出了基于SrGe _(3.985) O _(9)∶0.015Mn^(4+)荧光粉的荧光玻璃。优良的发光性质和热稳定性使SGOM荧光粉具备了应用于白光LED器件的前景。     

混合阴离子型化合物Ba_(2)Gd(BO_(3))_(2)Cl:Ln的力致发光性能EI北大核心CSCD

力致发光材料具有将机械刺激转变为光子发射的独特性能,因而被广泛应用于结构健康诊断、信息防伪、生物工程和电子皮肤等力学传感领域。然而,已报道的力致发光材料种类有限,且对于力致发光相关的载流子跃迁过程理解不够深入,极大地限制了其开发和应用。针对上述问题,本工作开发了新型混合阴离子型力致发光材料Ba_(2)Gd(BO_(3))_(2)Cl:Ln(Ln=Eu,Tb,Dy,Sm,Nd),并探究了其光致发光性能与相关载流子跃迁过程。该研究通过X射线粉末衍射、扫描电子显微镜、多模式激发下的稳态和瞬态光谱技术研究了样品的结构形貌、光致发光与力致发光性能,提出了该材料可能的发光机制。研究结果表明,在280 nm光激发下,Ba_(2)Gd-(BO_(3))_(2)Cl:Eu的发射峰位于536,594,613,625,654,695,710 nm,第一个宽峰和其余窄峰分别对应于Eu^(2+)和Eu^(3+)的发射,即掺杂的Eu呈现混合价态。而在机械作用下,Ba_(2)Gd(BO_(3))_(2)Cl:Eu几乎只表现出Eu^(3+)的橙红光发射,这可能是由于机械作用优先激发基质中的价带电子所致。此外,Eu的光致发光和力致发光最佳掺杂浓度均为2%。在0.23~1.55 mJ的冲击能下,力致发光强度与冲击能量呈线性关系。通过改变掺杂镧系元素的种类,实现了力致发光从可见光区域到近红外区域的拓展。这项工作为解释混合价态材料的力致发光机制提供了思路,并在应力传感领域呈现出潜在的应用价值。     

Tm~(3+)/Yb~(3+)∶LaF_3纳米体系中掺杂Yb~(3+)离子对Tm~(3+)离子荧光发射的影响

为研究Yb~(3+)离子浓度变化对Tm~(3+)离子在蓝色波段荧光强度的影响,以NaF和La(NO_3)_3为原料,采用水热法制备了Tm~(3+)和Yb~(3+)共掺的Tm~(3+)/ Yb~(3+)∶LaF_3纳米颗粒.用X射线衍射对LaF_3纳米颗粒进行表征的结果显示,纳米晶体结构呈六方相.透射电镜的观测结果显示,纳米颗粒样品大小均匀、分散性良好.在波长为800 nm的激光激发下,观测到了上转换蓝光发射,其中包括波长为474 nm和479 nm的较强的荧光辐射(相应的跃迁为~1G_4→~3H_6)和波长位于450 nm的强度较弱的荧光发射(相应的跃迁为~1D_2→~3F_4).通过观测不同Yb~(3+)离子浓度条件下共掺Tm~(3+)/Yb~(3+)∶LaF_3样品的荧光光谱,研究了Yb~(3+)离子掺杂浓度对于Tm~(3+)离子的荧光发射的影响,并探讨了产生这种现象的原因.研究结果显示,对于~1G_4→~3H_6跃迁产生的荧光发射(474 nm),当Yb~(3+)离子浓度增大时,反向能量传递速率的增加导致了荧光强度的增大.然而,当Yb~(3+)离子浓度增大到一定程度时,Yb~(3+)离子激发态能级寿命的减少将引发荧光强度的下降.相比较而言,Yb~(3+)离子的浓度的变化对于~1D_2→~3F_4跃迁产生的位于450 nm处荧光强度的影响较弱.     

反向能量传递增强Er^(3+)上转换发光EI北大核心CSCD

提高上转换发光效率是促进上转换发光材料实际应用的关键。在NaErF_(4)@NaYF_(4)体系中,惰性NaYF_(4)壳层可以抑制高组分Er^(3+)掺杂下的发光浓度猝灭,其上转换发光主要来源于Er^(3+)-Er^(3+)的能量传递上转换。本文利用共沉淀法制备了Er^(3+)和Yb^(3+)分区掺杂的NaErF_(4)@NaYbF_(4)@NaYF_(4)核壳结构的纳米颗粒,通过包覆惰性壳层研究Er^(3+)-Yb^(3+)-Er^(3+)之间的能量传递和反向能量传递过程。由于808 nm波长只能激发Er^(3+)而不能激发Yb^(3+),因此在808 nm波长激发下,Er^(3+)在惰性壳层的保护作用下将激发态能量传递给Yb^(3+),随后通过反向能量传递回Er^(3+),使得Er^(3+)的上转换发光增强。实验结果发现,当中间层Yb^(3+)掺杂浓度为100%时,绿色和红色上转换发光最大增强倍数为24.9和9.79。     

Yb3+掺杂浓度对Er3+/Yb3+共掺SiO2-Al2O3-La2O3玻璃光谱性质的影响

测量了不同Yb3+ 离子掺杂浓度下 ,Er3+ /Yb3+ 共掺SiO2 Al2 O3 La2O3玻璃的吸收光谱、荧光光谱和Yb3+离子2 F5/ 2 的能级寿命 ,应用迈克康伯 (McCumber)理论计算了Er3+ 的受激发射截面σemi,讨论了Yb3+ 离子浓度对其自身吸收性质、Er3+ 离子发光性质 ,以及Yb3+ →Er3+ 能量传递效率 (η)的影响 ,初步探明该基质玻璃中Yb3+ 离子掺杂数浓度的最佳范围为 3 .94× 1 0 2 0 cm- 3至 5 .92× 1 0 2 0 cm- 3,在此掺杂范围内 ,Yb3+ 离子的最大吸收系数为9.8cm- 1 ,Er3+ 的峰值发射截面和Yb3+ →Er3+ 能量传递效率 (η)分别为 0 64× 1 0 - 2 4 m2 和 92 %。     

红色荧光粉Ca_4(La_(1-x-y)Gd_xY_y)_(1-n)O(BO_3)_3∶nEu~(3+)的发光和优化

用高温固相法合成了红色荧光粉Ca4(La1-x-yGdxYy)1-nO(BO3)3∶nEu3+(LnCOB∶Eu,Ln=La1-x-y-GdxYy),并对其在真空紫外至可见范围的发光性质进行了系统的研究,找出发光较好的组分范围并与某些商品红色荧光粉进行了比较。LnCOB∶Eu在254 nm紫外线激发下的发射光谱为Eu3+的5D0→7FJ(J=0,1,2,3,4)的特征跃迁。监测其最强的5D0→7F2发射线,其激发光谱在250 nm左右有一个宽的激发带,归属于Eu-O电荷迁移带,适于用254 nm汞线激发;在300~450 nm有一些弱的归属于Eu3+的f-f跃迁的锐吸收峰;在真空紫外区184~188 nm附近有一个宽带,为基质吸收带,并可能包含了Eu3+的f-d跃迁。在Ca4GdO-(BO3)3∶Eu3+的激发光谱中,还包含了Gd3+的8S7/2→6GJ跃迁,此跃迁增强了荧光粉在184~188 nm附近的激发强度。     

Eu~(3+)掺杂的Na_2YMg_2(VO_4)_3荧光粉制备和发光特性

采用溶胶-凝胶法制备了Na2Y1-xMg2(VO4)3∶x Eu~(3+)(x=0.15~0.75)系列自激活荧光粉。用XRD、SEM、光致发光光谱和荧光衰减曲线分别对其结构、形貌和发光性能进行表征。XRD结果显示样品为纯石榴石结构,其中Eu~(3+)取代Y~(3+);SEM照片显示样品为粒径大小在0.3~1μm范围内不规则的光滑球状颗粒;光谱分析表明,Na2YMg2(VO4)3作为自激活发光基质可以被200~400 nm紫外光有效激发,发出源于VO_4~(3-)电荷迁移跃迁的波长范围为400~700 nm的宽谱带绿光。掺杂Eu~(3+)后,在340 nm紫外光激发下同时出现了VO_4~(3-)的电荷迁移带和Eu~(3+)的特征光谱。不同浓度Eu~(3+)掺杂的光谱和荧光衰减曲线表明,存在VO_4~(3-)和Eu~(3+)之间的能量传递。     

Er^3＋／Yb^3＋共掺杂ZnO粉末的上转换发光特性

采用高温氧化法制备了Er3 /Yb3 共掺杂ZnO粉。通过X射线衍射和扫描电镜对其进行了成分和组织结构分析,发现样品主要由ZnO和YbF3组成。在ZnO中测量到少量Er3 和Yb3 ,而YbF3中无Er3 ,故发光主要是由ZnO产生的。在980nm半导体激光器的激发下,观察到由处于激发态能级4F9/2,4S3/2,2H11/2和2H9/2的Er3 离子向基态4I15/2跃迁时发出的波长依次为658,538,522和409nm的上转换发光。在488nmAr 激光器的激发下,观察到了较强的409nm的紫光,466和450nm的弱蓝光以及379nm的紫外光,分别对应于Er3 离子的2H9/2→4I15/2,2P3/2→4I11/2,4F3/2/4F5/2→4I15/2,4G11/2→4I15/2等跃迁。上转换发光强度随激发功率的变化关系表明,488nm激发下紫色上转换荧光为双光子过程,主要是通过Er3 /Yb3 离子间正向和反向的能量传递来实现的。     

Cr3+掺杂LiScSi2O6近红外荧光粉的荧光性能及pc-LED器件研究

红外荧光粉是制备基于蓝光芯片宽带近红外光源的关键。采用高温固相法制备了LiScSi₂O₆:Cr³⁺近红外荧光粉样品并制备了相应的pc-LED器件,详细研究了样品的光致发光特性及pc-LED的性能。荧光粉在460nm蓝光激发下产生中心波长为850nm,半高宽约为156nm的宽带近红外光谱。在温度为160℃时,发光峰的强度下降为室温下的75.38%。把粉体涂覆在InGaN蓝光芯片(P_max=5W)表面制备的近红外pc-LED,得到最大近红外光输出功率为436.7mW@300mA,最大电光转化效率为18.3%@1mA。采用pc-LED作为红外光源,隐藏在油墨下的文字信息清晰可见,表明该红外荧光粉可用于制备基于蓝光芯片的宽带红外光源,且在夜视和信息防伪领域有良好的应用前景。