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。     

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。     

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-Al_2O_3-SiO_2系和锗酸盐玻璃陶瓷的优点,采用熔融-晶化法首次制备了Ho~(3+)/Yb~(3+)共掺以ZnAl_2O_4为主晶相的ZnO-Al_2O_3-GeO_2-SiO_2系玻璃陶瓷。因[GeO_4]四面体和[SiO_4]四面体都是玻璃网络形成体,讨论了GeO_2取代SiO_2对玻璃陶瓷样品硬度及发光性能的影响,最终确定GeO_2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Ho~(3+)/Yb~(3+)掺杂比对样品上转换发光的影响,最终结果表明当Ho~(3+)/Yb~(3+)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）。     

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。     

Eu2+、Mn2+、Sr2+掺杂BaMgAl10O17的燃烧法合成及光致发光性能

在600℃温度下,采用液相燃烧法合成了Sr²⁺、Eu²⁺和Mn²⁺三掺的BaMgAl₁₀O₁₇（BAM）蓝绿荧光粉。用XRD、SEM和荧光光谱仪分别分析和表征该荧光粉的物相、形貌和光致发光性能。结果表明,液相燃烧法合成BAM的温度明显低于传统的高温固相合成法;合成的纳米棒均匀、无团聚现象;荧光光谱仪分析表明Eu²⁺、Mn²⁺离子间存在能量传递,且Sr²⁺能有效提高BAM的发光强度,约为固相法制备荧光强度的1.8倍。BAM：0.1Eu²⁺,0.04Mn²⁺,0.05Sr²⁺色坐标为（0.146,0.250）,属于蓝绿光。     

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。     

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。     

Cr3+掺杂Ca4HfGe3O12宽带近红外荧光粉的发光特性及应用

近红外荧光粉在生物活体成像领域展现出重要的应用前景。但活体成像用近红外荧光粉存在种类匮乏、耐温性差等瓶颈问题。采用固相法合成了宽带近红外Ca₄HfGe₃O₁₂∶ xCr³⁺(0≤x≤0.09)荧光粉。X射线衍射和能谱分析的结果表明Cr³⁺离子成功进入Ca₄HfGe₃O₁₂晶格。在469 nm蓝光激发下,Ca₄HfGe₃O₁₂∶xCr³⁺荧光粉发射出690~1 200 nm的宽带近红外光,峰值波长为825 nm (⁴T₂-⁴A₂),半高宽达到141 nm,Cr³⁺掺杂最佳浓度为0.03。依据激发光谱峰形和寿命衰减行为,证实Cr³⁺仅占据基质中一种阳离子格位。Ca₄HfGe₃O₁₂∶0.03Cr³⁺荧光粉的荧光量子效率为33.63%,该荧光粉发射光谱在400 K下的积分面积为室温下的60.5%,表明该样品具有优良的热稳定性。采用自制近红外荧光粉转换器件照射人手掌和滤波片遮挡的水果,观察到清晰地静脉血管和遮挡水果的轮廓。     

Ca9Y(PO4)7:Ce3+,Tb3+纳米荧光粉的制备及发光性能

采用水热法制备出Ca_9Y(PO4)7∶Ce~(3+),Tb~(3+)纳米荧光粉,通过XRD、SEM和荧光光谱等对样品进行了分析,研究在Ca_9Y(PO4)7基质中引入Ce~(3+),Tb~(3+)离子对发光性能的影响规律。研究发现因Tb~(3+)离子自身能量交叉驰豫的存在,使得单掺Tb~(3+)时,通过调节Tb~(3+)离子的浓度可以实现对发光颜色的控制。同时研究了Ce~(3+)-Tb~(3+)之间的能量传递为电多极相互作用的偶极-四极机制,Ce~(3+)-Tb~(3+)之间最大的能量传递效率为55.6%。Ca_9Y(PO4)7∶Ce~(3+),Tb~(3+)的发光颜色可以通过激活离子之间的能量传递和共发射得到可控调节。SEM分析表明荧光粉颗粒尺寸在100 nm左右,分散性好。     

双钙钛矿型Ca2Gd1-xTaO6：xTb3+绿色荧光粉的合成与荧光性质

通过高温固相法合成了双钙钛矿型Ca₂Gd_1-xTaO₆：xTb³⁺（CGTO：xTb³⁺）绿色荧光粉。采用X射线衍射、扫描电镜、荧光光谱、荧光衰减曲线、量子效率（η）测试分别表征了CGTO： xTb³⁺荧光粉的物相、形貌和荧光性质。在紫外光激发下,CGTO： xTb³⁺荧光粉实现了较强的绿光发射,绿光为Tb³⁺离子的⁵D₄-⁷F₅跃迁。通过变温发射光谱研究发现CGTO：0.15Tb³⁺荧光粉的热猝灭活化能为0.181 9 eV。在255 nm的激发下,最佳Tb³⁺掺杂浓度的CGTO：0.15Tb³⁺荧光粉的量子效率为32.32%。     

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。     

WO3/YF3:Eu3+复合纳米材料的制备与发光性能

采用直接沉淀法制备了WO_3/YF_3∶Eu~(3+)复合纳米材料,并对其结构、组成、形貌和发光性能进行了研究。XRD分析表明:复合纳米材料由纳米粒子WO3和结晶良好的正交晶系的YF3∶Eu~(3+)组成。SEM照片表明:片状WO3颗粒表面沉积了分散性较好、粒径均匀(尺寸为10~50 nm)的YF3∶Eu3纳米颗粒。荧光光谱分析表明:该复合纳米材料具有良好的发光性,以593 nm附近的5D0→7F1磁偶极跃迁为最强发射峰,与纯的YF3∶Eu~(3+)相比WO_3/YF_3∶Eu~(3+)发光强度明显增强,表明具有表面等离子共振效应的WO3纳米粒子对壳层的YF3∶Eu~(3+)起到发光增强作用。     

红色长余辉荧光粉Ca2Zn4Ti16O38:Pr3+的水热辅助合成及发光性质

采用水热法辅助合成了纯相Ca₂Zn₄Ti₁₆O₃₈:Pr³⁺荧光粉,初始n_Ca:n_Zn:n_Ti=2:4.1:15,煅烧条件为1 050 ℃空气气氛烧结5 h.并以X射线衍射、扫描电镜、紫外可见漫反射光谱和荧光光谱表征了样品的物相组成、微观形貌和光谱性质.合成的荧光粉在高温煅烧后仍较好地保持了球形的微观形态,优化的Pr³⁺掺杂浓度为0.015.Ca₂Zn₄Ti₁₆O₃₈:Pr³⁺荧光粉在471 nm波长激发下发射红光,发射谱通过高斯分峰拟合得到位于605、620和645 nm的3个发射峰,分别对应于Pr³⁺的¹D₂→³H₄,³P₀→³H₆和³P₀→³F₂跃迁.在471 nm波长激发下,Ca₂Zn₄Ti₁₆O₃₈:Pr³⁺的614 nm红光发射表现出超长余辉特性,表明该荧光粉是一种能被可见光有效激发的红色长余辉荧光粉.     

退火温度对LiBaPO4：Eu3+荧光粉的结构及发光性能影响

采用溶胶-凝胶法制备了LiBaPO₄：Eu³⁺荧光粉,通过热重-差热分析（TG-DTA）、傅里叶变换红外（IR）光谱、X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、荧光光谱对荧光粉的结构、发光性质进行表征。TG-DTA结果表明在700 ℃之后可形成LiBaPO₄相。IR谱图证实了PO₄^3-离子的存在。XRD结果表明：温度变化会引起衍射峰不同程度的劈裂;Eu³⁺掺杂浓度会对样品晶相有影响,掺杂浓度较小时样品出现杂相,随着掺杂浓度增加,样品为纯相六方晶系LiBaPO₄。TEM结果表明随着浓度的增加,材料颗粒会发生一定程度的团聚。荧光结果表明：由于活化剂在不同温度下的晶体结构和配位环境的差异,制备的LiBaPO₄：Eu³⁺在不同的退火温度下最佳激发波长不同,其主导的能级跃迁也有所差异,且Eu³⁺引起的浓度猝灭情况也随之而变。CIE计算结果表明,随着退火温度升高,样品色纯度逐渐变好。LiBaPO₄：Eu³⁺可被394 nm长波紫外光有效激发,说明其在白光发光二极管领域有潜在的应用价值。     

Ti4+掺杂制备花状SnO2/Sn3O4异质结微米球及其光催化性能

通过水热法制备了由层状纳米片堆叠而成的花球状Sn_3O_4及x%Ti-Sn O_2/Sn_3O_4(x%为Ti与Sn的物质的量之比)。采用X射线粉末衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱、紫外-可见漫反射光谱、红外光谱和光电流响应等物理化学方法对合成的样品进行表征分析。结果表明,由于Ti~(4+)电负性及离子半径与Sn~(4+)相似,可以很好地进入Sn_3O_4晶格中替代Sn~(4+)形成替代掺杂,但不引起大的晶格畸变。同时,掺入Ti~(4+)后使得一部分Sn~(4+)直接与O结合生成纳米球状Sn O_2颗粒分散覆盖在Sn_3O_4表面,形成Sn O_2/Sn_3O_4异质结。光催化活性表明,x%Ti-Sn O_2/Sn_3O_4不仅具有较强的还原Cr~(6+)能力,而且拥有氧化降解有机污染物甲基橙和酸性橙Ⅱ的能力。催化活性的增强归因于x%Ti-Sn O_2/Sn_3O_4具有比较大的比表面积和更强的光吸收,同时Sn O_2/Sn_3O_4异质结的生成有效地提升了光生电子与空穴的分离效率。     

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。     

掺杂和取代对红色荧光材料SrAl12O19:Mn4+发光性能的影响

SrAl₁₂O₁₉：Mn⁴⁺是一种用于高显色性白光发光二极管的候选红色荧光材料。本论文研究了Mg²⁺、Zn²⁺和Ge⁴⁺离子的掺杂效应以及Ga³⁺、Ca²⁺和Ba²⁺离子的取代效应对SrAl₁₂O₁₉：Mn⁴⁺荧光材料性能的影响。样品通过高温固相反应制备,焙烧温度在1 250~1 500 ℃之间。利用X射线衍射技术表征了材料的相纯度,用荧光激发光谱和发射光谱表征了材料的荧光性能。研究结果指出,与未进行Mg²⁺或Zn²⁺掺杂的样品相比,Mg²⁺或Zn²⁺离子对Al³⁺格位的掺杂可以使材料的发光强度提高~60%,其原因被认为是掺杂促进了激活剂Mn⁴⁺离子进入晶格,其过程可以表示为：MO+MnO₂⇔M_Al^''+M_Al^·+3O_O^×（M=Mg,Zn）,电子顺磁共振谱支持这一结果。Ge⁴⁺离子的掺杂使材料的发光性能明显下降。Ga³⁺离子可以取代Al³⁺离子形成全范围的固溶体,其中少量Ga³⁺离子的掺杂可以使材料的荧光发射强度提高~13%,而掺杂量进一步提高使材料的荧光性能下降。Ca²⁺和Ba²⁺对Sr²⁺的取代仅形成有限范围的固溶体。Ca²⁺的取代使材料的发光性能提高;而 Ba²⁺的取代使材料的发光强度下降。     

形貌可控的NaCaGd(WO4)3:Eu3+红色荧光粉的制备及发光性能

采用水热法成功合成了形貌可控的NaCaGd_(1-x)(WO_4)_3∶x Eu~(3+)红色荧光粉。系统地研究了初始溶液pH值、反应温度和Eu3+掺杂浓度对NaCaGd_(1-x)(WO_4)_3∶x Eu~(3+)荧光粉物相结构、微观形貌和发光性能的影响。结果表明,当pH值为9、反应温度为180℃时,可合成单相四方晶系的NaCaGd(WO_4)_3,且颗粒微观形貌呈现分散性好、尺寸较均一的四方盘状纳米晶。在394 nm激发下,荧光粉显现典型的红光发射,其对应于Eu~(3+)的特征4f-4f跃迁。荧光粉发射光谱的强度随着pH值、反应温度及Eu~(3+)掺杂浓度的变化而变化。当pH=9、反应温度为180℃时,NaCaGd_(1-x)(WO_4)_3∶x Eu~(3+)(x=1)获得最佳发光强度。此外,研究了NaCaEu(WO_4)_3荧光粉的热稳定性,结果显示随着温度的升高,荧光粉发光强度逐渐降低。最后,通过理论计算得到荧光粉的色坐标和色纯度分别为(0.658,0.341)和96.1%,接近标准红色CIE坐标(0.673,0.327)。     

Cr3+在不同基质Y3Ga5O12或Ga2O3中的荧光特性

以Ga_2O_3、Y_2O_3、Cr(NO_3)_3·9H_2O为原料,柠檬酸为配位剂,通过溶胶-凝胶高温固相合成法制备出Ga_(2-2x)O_3∶2xCr~(3+)(Ga_2O_3∶xCr)与Y_3Ga_(5-5x)O_(12)∶5xCr~(3+)(YGG∶xCr)2种多晶粉体(x=0.01,0.03,0.05,0.07)。并采用X射线衍射(XRD)、红外光谱(IR)、扫描电镜(SEM)、荧光光谱(PL)对样品的结构、组成、形貌和荧光性能进行测试分析。XRD和IR分析结果显示在900℃煅烧后Ga_2O_3∶xCr和YGG∶xCr两种样品均成相。SEM照片显示Ga_2O_3∶xCr样品形貌为柱形多面体,YGG∶xCr为短棒状。PL结果显示Cr~(3+)在Ga_2O_3和YGG两种基质中的最强荧光发射峰分别位于742和740 nm,均属于Cr~(3+)的~2E-~4A_2跃迁,对比发现Cr~(3+)在YGG基质中的荧光发射强度更强,在远红光区的荧光性能更好,能满足温室照明中植物光合作用的需求。