Li(Na,K)Ba(Sr,Ca)B9O15∶Eu3+荧光粉的制备及发光性能

采用高温固相法在空气气氛下合成了一系列Eu³⁺掺杂硼酸盐基质荧光粉。用X射线衍射、荧光光谱以及色坐标等手段对荧光粉的晶相和发光性能进行表征。通过LiBaB₉O₁₅中的碱金属以及碱土金属之间的相互取代,研究了基质组成的改变对荧光粉发光性能的影响。结果表明,在Li(Na,K)Ba(Sr,Ca)B₉O₁₅∶0.07Eu³⁺系列荧光粉中,LiSrB₉O₁₅∶0.07Eu³⁺荧光粉的发光强度最强。考察了煅烧温度、保温时间和Eu³⁺掺杂量对LiSrB₉O₁₅∶Eu³⁺荧光粉晶相和发光性能的影响,煅烧温度为750 ℃,保温时间为1~5 h时,样品的结晶性均良好。Eu³⁺掺杂量为0.52时,LiSrB₉O₁₅∶Eu³⁺荧光粉的发光强度最强。当x≥0.42(x=0.42,0.47,0.52,0.57)时,LiSrB₉O₁₅∶xEu³⁺色坐标均接近标准红光(0.67,0.33)。比较了LiSrB₉O₁₅∶xEu³⁺(x=0.02~0.57)荧光粉的611 nm(⁵D₀→⁷F₂)和586 nm(⁵D₀→⁷F₁)处发射峰相对强度比值R,R值变化不大,说明多数Eu³⁺在晶格中处于非反演对称中心的格位;比较了LiSrB₉O₁₅∶0.52Eu³⁺荧光粉和商用Y₂O₃∶Eu³⁺荧光粉的发光特性,在260 nm波长激发下,LiSrB₉O₁₅∶0.52Eu³⁺荧光粉的发光强度弱于Y₂O₃∶Eu³⁺荧光粉;在362 nm和394 nm波长激发下,LiSrB₉O₁₅∶0.52Eu³⁺荧光粉的发光强度强于Y₂O₃∶Eu³⁺荧光粉。     

橙红色荧光粉Ca2GdNbO6∶Sm3+,Na+的制备及发光性能

为了研究Na⁺掺杂对Ca₂GdNbO₆∶0.03Sm³⁺荧光粉发光性能的影响,本文采用高温固相反应法成功制备了一系列Ca₂GdNbO₆∶0.03Sm³⁺,xNa⁺(x=0.01、0.03、0.05、0.07、0.10;x为摩尔分数)荧光粉。XRD图谱和精修结果表明,Na⁺成功掺入Ca₂GdNbO₆∶0.03Sm³⁺晶格。发光性能测试结果表明,Na⁺的掺入提高了Ca₂GdNbO₆∶0.03Sm³⁺荧光粉的发光强度,其最佳掺杂浓度为5%。在406 nm波长激发下,荧光粉在602 nm (⁴G_5/2→⁶H_7/2)处发射峰最强且发射出橙红光。浓度猝灭结果及热稳定性研究表明,Ca₂GdNbO₆∶0.03Sm³⁺,0.05Na⁺基质中能量传递主要发生在最近邻离子之间,荧光粉的热猝灭激活能为0.119 eV。该荧光粉的色坐标位于橙红色区域(0.593 5,0.404 7),与国际照明委员会规定的标准色坐标(0.666,0.333)接近,表明Ca₂GdNbO₆∶0.03Sm³⁺,xNa⁺荧光粉在白光LED领域具有潜在的应用前景。     

K2LaBr5∶Pr晶体的生长及发光性能研究

通过高温固相法合成Pr³⁺不同掺杂浓度的K₂LaBr₅多晶料,采用垂直坩埚下降法生长出K₂LaBr₅∶Pr单晶,并对晶体进行一系列加工,得到ø12 mm×5 mm的圆柱透明晶体。该晶体属于正交晶系,晶胞参数为a=1.336 0 nm,b=0.992 7 nm,c=0.846 2 nm,Z=4,晶体密度为3.908 g/cm³,熔点为607 ℃。测试了该晶体的X射线粉末衍射、X射线激发发射光谱、光致发光光谱、透过率等。在紫外光以及X射线的激发下,K₂LaBr₅∶Pr晶体在480~750 nm波长范围内呈现蓝光(³P₁→³H₄)、绿光(³P₀→³H₄,³P₁→³H₅)、橙光(³P₁→³H₆,³P₁→³F₂)、红光(³P₀→³F₂,³P₁→³F₃)、深红光(³P₁→³F₄),及紫光(³P₀→³F₄)等多个可见波长的光输出,表明该晶体具有优良的发光性能。在X射线的激发下,在360~440 nm范围内还观察到一个宽带4f 5d-4f²发射跃迁。稳态瞬态荧光光谱分析仪测出光致衰减时间为10 μs左右,紫外可见分光光度计则测出晶体在可见光波段的透过率达到88%。     

NaY(WO4)2:Sm3+粉末的制备及荧光性能

以柠檬酸三钠为结合剂,采用水热法结合高温烧结两步法制备了一系列NaY_1-x(WO₄)₂:xSm³⁺(x=0、0.005、0.010、0.015、0.020、0.025、0.030)粉末。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)和荧光性能(PL)对粉末的相结构、形貌、成分以及发光性能进行了表征。研究结果表明,所合成粉末为NaY(WO₄)₂的纯相,属四方晶系白钨矿结构,其形貌为3D花形。在405 nm的光激发下,NaY(WO₄)₂:Sm³⁺粉末在600 nm处具有最高的荧光强度,对应于Sm³⁺的⁴G_5/2→⁶H_7/2磁偶极跃迁,观察到橙红光发射,且Sm³⁺最佳掺杂摩尔分数为0.015时,粉末显示出最强的荧光发射强度。     

Ba3Bi2(PO4)4∶Tb3+荧光粉的制备与性能研究

利用高温固相反应法制备出Ba₃Bi_2-x(PO₄)₄∶xTb³⁺(x=0.05,0.1,0.15,0.3,0.4,0.5)绿色荧光粉。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、积分球式分光光度计和荧光光谱仪等对样品进行了分析。结果表明,所制备的样品均为Ba₃Bi₂(PO₄)₄纯相,Ba₃Bi_1.7(PO₄)₄∶0.3Tb³⁺的带隙估计值为4.21 eV。当激发光的波长为377 nm时,样品的发射光谱的波峰位于543 nm、584 nm和619 nm处,分别对应于Tb³⁺的⁵D₄→⁷F₅、⁵D₄→⁷F₄和⁵D₄→⁷F₃的能级跃迁。随着Tb³⁺掺杂浓度的增加,样品的发光强度先增强后减弱,当x=0.3时,发光强度最大。计算表明最近邻离子在Ba₃Bi_2-x(PO₄)₄∶xTb³⁺荧光粉的浓度猝灭中起主要作用。随着测试温度的升高,发光强度变化不大,表明样品具有优异的热稳定性能。CIE色坐标图表明所制备的样品可以被紫外光有效激发而发出绿光。     

Sr7Sb2O12∶Dy3+荧光粉的制备及其发光性能

采用高温固相法制备了一系列新型Sr_7-xSb₂O₁₂∶xDy³⁺(x=0~0.35)(摩尔分数)荧光粉,并研究了Sr_7-xSb₂O₁₂∶xDy³⁺的物相结构、发光性能、热稳定性以及荧光寿命。在350 nm光激发下,Sr_7-xSb₂O₁₂∶xDy³⁺可以检测到中心波长在482 nm处的蓝光发射带和中心波长在576 nm处的黄光发射带,当x=0.056时,Dy³⁺浓度猝灭,Sr_6.944Sb₂O₁₂∶0.056Dy³⁺ CIE色坐标为(0.340 8,0.349 3),猝灭机理归因于电偶极-电偶极相互作用。当x=0.14时,该荧光粉可以发出色坐标为(0.310 9,0.314 0)的白光。此外,Sr_7-xSb₂O₁₂∶xDy³⁺在453 K的发光强度大约为室温下发光强度的83.3%,表现出良好的热稳定性。综合以上研究结果表明,Sr_7-xSb₂O₁₂∶xDy³⁺有望用于紫外光激发的白光发光二极管器件中。     

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。     

Pb2+掺杂CaMoO4∶Dy3+,Eu3+荧光粉发光性能及能量传递机理的研究

采用共沉淀法合成了Pb²⁺掺杂CaMoO₄∶Dy³⁺,Eu³⁺荧光粉,通过X射线衍射仪、荧光分光光度计对荧光粉的物相组成、发光特性以及激活离子间能量传递效率进行了表征及分析。结果表明,掺杂Pb²⁺的CaMoO₄∶Dy³⁺,Eu³⁺荧光粉样品没有出现新的衍射峰,说明Pb²⁺很好地代替Ca²⁺进入到晶格当中,CaMoO₄∶0.05Dy³⁺,0.15Eu³⁺,0.15Pb²⁺荧光粉晶胞参数为a=b=0.548 9 nm, c=1.275 3 nm, Z=2,属于四方晶系,在391 nm波长激发下,484 nm处为Dy³⁺(⁴F_9/2→⁶H_15/2)的蓝光特征发射峰,575 nm处为Dy³⁺(⁴F_9/2→⁶H_13/2)跃迁产生的黄光发射峰,593 nm处为Eu³⁺(⁵D₀→⁷F₁)跃迁产生的橙光发射峰,619 nm处为Eu³⁺(⁵D₀→⁷F₂)跃迁产生的红光发射峰。通过计算得出CaMoO₄∶Dy³⁺,Eu³⁺荧光粉中Dy³⁺和Eu³⁺之间临界传递距离为1.542 6 nm,能量传递机理是偶极-四极相互作用,能量传递效率接近60.31%,掺杂金属离子Pb²⁺的荧光粉样品能量传递效率最高提升至72.40%。所以,掺杂Pb²⁺能够大幅度提升Dy³⁺与Eu³⁺之间能量传递效率和改善荧光粉的发光性能,因此其在白光LED领域具有重要研究意义。     

不同直径Cr:Al2O3圆柱晶体的制备及其光学性能研究

采用光学浮区法制备了不同Cr³⁺掺杂浓度的Cr∶Al₂O₃晶体,并根据需要制备了不同直径(2 mm至13 mm)的长度大于100 mm的圆柱状Cr∶Al₂O₃晶体。测量了在制备Cr∶Al₂O₃晶体不同阶段所获得的粉末料棒、陶瓷料棒和晶体的密度,分别为0.928、2.230和4.051 g/cm³。XRD图谱显示,Cr∶Al₂O₃晶体为α-Al₂O₃相。透射光谱表明,Cr∶Al₂O₃晶体可见光非特征吸收波段透过率大于80%。吸收光谱和光致激发光谱(监测669 nm光)均显示,Cr∶Al₂O₃晶体在418及559 nm处有较强吸收带,分别对应Cr³⁺从⁴A₂至⁴     

多孔坩埚温度梯度法生长Ho,Y∶CaF2晶体及其光谱性能

采用自主设计改造的温梯炉,成功生长了不同浓度Ho³⁺、Y³⁺掺杂的CaF₂及Sr_xCa_1-xF₂晶体,晶体尺寸约为ϕ15 mm×55 mm,生长周期约为6 d,能够实现7种不同浓度晶体的同步生长,并选取其中的4%(原子数分数)Ho,4%Y∶CaF₂晶体进行分析,吸收测试表明,该晶体448 nm和643 nm处吸收峰的吸收截面分别是1.13×10^-20 cm²和0.84×10^-20 cm², J-O理论分析得到了晶场强度参数Ω_t(t=2、4、6)、辐射跃迁几率、荧光分支比和辐射寿命。在448 nm氙灯激发下,经计算得到该晶体在546 nm、650 nm 和752 nm处的发射截面分别为10.450×10^-21 cm²、8.737×10^-21 cm²和5.965×10^-21 cm²,测得⁵F₄和⁵F₅能级的寿命分别为33.5 μs和17.7 μs。在640 nm LD泵浦激发下,经计算得到该晶体2 031 nm处发射截面为5.375×10^-21 cm²,2 847 nm处发射截面为10.356×10^-21 cm²,测得⁵I₇和⁵I₆ 能级的寿命分别为4.37 ms 和1.85 ms。以上结果表明,多孔坩埚温梯法能够大大提高激光晶体稀土离子掺杂浓度筛选的效率,加快新型激光晶体材料的研发速度。     

Si4+共掺杂Yb∶YAG单晶生长和光谱特性研究

利用提拉法生长了Si⁴⁺共掺杂Yb∶YAG单晶,该晶体属于立方晶系,O_h¹⁰-Ia3d空间群。掺杂的Si⁴⁺没有改变YAG的晶体结构,但是影响了发光离子的价态。吸收光谱表明Si⁴⁺的引入使得Yb²⁺含量增多,这是由于Si⁴⁺引入了过量的电荷,为满足电价平衡,Yb³⁺转换为Yb²⁺。Yb²⁺的出现降低了Yb∶YAG的发光强度。稳态X射线激发发射光谱结果表明Si⁴⁺共掺杂Yb∶YAG晶体的发光强度是Yb∶YAG的63%,γ射线激发下的光产额降至原来的40%。此外,由于原料中含有多种Yb的同位素,Yb∶YAG除了可以被X射线、γ射线激发出荧光外,还可以与中子发生核反应产生带电粒子,进而引起次级反应产生荧光。荧光的产生仍然由Yb³⁺决定,因此,Si⁴⁺掺入也降低了中子探测灵敏度。     

Keggin型多酸基超分子化合物H3[{H(4-AP)}6(PMoⅤ6MoⅥ6O40)]的结构和电催化性能

通过水热合成方法,以钼酸铵、氯化镍和4-氨基吡啶为原料成功合成了一个Keggin型多酸基超分子化合物H₃[{H(4-AP)}₆(PMo^V₆Mo^VI₆O₄₀)] (4-AP=4-氨基吡啶)。该化合物的结构单元包含一个[PMo^V₆Mo^VI₆O₄₀]^9-阴离子和6个质子化的配体。而[PMo^V₆Mo^VI₆O₄₀]^9-阴离子与配体之间通过N(1)—H(1)…O(3)、N(2)—H(2A)…O(5)和N(2)—H(2B)…O(1)三种氢键相互作用,进而形成二维超分子层。通过X射线单晶衍射、IR和粉末X射线衍射对其进行表征。晶体结构分析表明:该标题化合物属于三方晶系,R-3空间群,a=2.191 2 (10) nm, b=2.191 2 (10) nm, c=1.042 3(5) nm, α=β=90°, γ=120°, V=4.333 8(4) nm³, Z=3, R₁=0.036 2, wR₂=0.095 6, 电催化性质研究表明该标题化合物对H₂O₂和K₂Cr₂O₇具有良好的电催化还原效果,以及对抗坏血酸具有良好的电催化氧化效果。     

KCaCl3:Ce晶体的生长及发光性能

采用坩埚下降法生长出不同摩尔分数Ce³⁺(1%、2%、4%、6%、8%)掺杂的KCaCl₃:Ce单晶。晶体属于正交晶系,晶胞参数为a=0.756 0 nm,b=1.048 2 nm,c=0.726 6 nm。热重分析仪测得熔点为740 ℃,透过率测试显示晶体在可见光波段均具有较好光学透过率。对晶体的光致发光光谱、光致衰减时间、X射线激发发射光谱、透过率等光学性能进行了表征。光致发光光谱显示KCaCl₃:Ce晶体在358 nm和378 nm波长左右有宽的发射峰,符合Ce³⁺的5d₁→²F_5/2和5d₁→²F_7/2能级跃迁,通过拟合,KCaCl₃:Ce晶体的衰减时间在30 ns左右。晶体在X射线激发下均表现出优异的X射线发光性能。     

ZrO2对Ho∶(Y0.7Sc0.3)2O3激光陶瓷致密化和光学性能的影响

2 μm 波段处于人眼安全波长,在医疗、加工、红外探测与对抗,以及大气环境监测等军、民两用领域有着重要潜在和实际应用。Ho³⁺掺杂倍半氧化物陶瓷具有宽的吸收和发射光谱、高热导率以及低声子能量等优点,是一类重要的 2 μm 波段激光材料。通过材料固溶原理,可以实现光谱更加宽化,这使其有可能成为一类性能优异的中红外固体激光材料。本文以商业Y₂O₃、Sc₂O₃以及Ho₂O₃粉体为原料,添加少量ZrO₂(原子比为0~1.0%)作为烧结助剂,采用真空预烧,结合热等静压烧结的工艺,成功制备出高透明的0.5%Ho∶(Y_0.7Sc_0.3)₂O₃陶瓷。研究了ZrO₂掺杂浓度(0~1.0％)对Ho∶(Y_0.7Sc_0.3)₂O₃激光陶瓷致密化过程和光学性能的影响。通过添加ZrO₂有效抑制了高温下Ho∶(Y_0.7Sc_0.3)₂O₃陶瓷晶粒的生长,掺杂1.0％ZrO₂的Ho∶(Y_0.7Sc_0.3)₂O₃陶瓷经1 690 ℃下真空预烧结4 h和1 600 ℃/190 MPa热等静压烧结3 h后,其透过率在1 100 nm处达到79.1％(厚度为4.4 mm),接近理论透过率。     

Bi_4Si_3O_(12):Sm~(3+)荧光粉的制备及发光性能的研究

采用溶胶凝胶法制备了Bi_4Si_3O_(12):Sm~(3+)荧光粉体,并用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和荧光光谱(PL)对Bi_4Si_3O_(12):Sm~(3+)荧光粉的结构和发光性能进行表征。研究发现:在850℃煅烧下得到Bi_4Si_3O_(12)纯相;PL谱表明该粉体从近紫外到蓝光范围内都可以得到有效激发。在紫外光激发下,产物有4个发射峰,分别位于468 nm和563 nm,600 nm,649 nm,归属于Bi~(3+)的3P1→1S0跃迁和Sm~(3+)的~4G_(5/2)→~6H_J(J=5/2,7/2,9/2)能级跃迁,并对Bi~(3+)和Sm~(3+)之间的能量传递机制进行讨论。在467 nm的蓝光激发下粉体呈现橙黄色发光,发射峰来源于Sm~(3+)的~4G_(5/2)→~6H_J特征辐射跃迁,且最强发射峰位于563 nm处,Sm~(3+)的最佳掺杂浓度为3mol%。     

NdxLa2−xCaB10O19: Synthesis and characterization

Solid solutions of Nd_xLa_2−xcaB₁₀O₁₉ with different Na³⁺ concentration have been synthesized by substituting Nd ³⁺ for La³⁺ in La₂CaB₁₀O₁₉ Powder X-ray diffraction analysis shows that Nd³⁺ is easy to incorporate into the crystal. Single crystal nd_xLa_2−xCaB₁₀O₁₉ (NLCB) in centimeter size has been grown by Kyropoulos method. The crystal has strong absorption around 580nm and 805nm. The fluorescence spectra indicate that there is an energy transition at 1.06μm. And the SHG of NLCB is about the twice as that of KDP. These favorable features make NLCB a candidate for laser NLO multifunctional materials.