稀土掺杂氧化物纳米发光材料研究

综述了稀土掺杂纳米发光材料方面的研究进展;主要介绍稀土掺杂氧化物纳米晶与体相材料相比所具有的一些特有的光谱学性质,包括光谱的移动与谱线的展宽、4fN电子的跃迁与弛豫过程、表面局域环境和格位对称性、电子-声子耦合、能量传递、浓度猝灭、温度猝灭以及光诱导发光强度变化等光谱现象,同时也探寻了其中的物理实质。主要对上转换纳米发光材料和一维纳米线/管的发光性质进行了介绍。     

Optical Properties of Rare Earth Doped Transparent Oxyfluoride Glass Ceramics

Optical properties of Eu^3? ions in oxyfluoride glasses and glass ceramics doped with low concentration (0.1 mol%) have been analysed and compared with previous results for high concentrated samples (2.5 mol%). The Eu^3? ions in the low dopant concentration glass ceramics are diluted into like crystalline environments with higher symmetry and lower coupled phonons energy than in the precursor glasses. Fluorescence line narrowing measurements indicate the presence of two main fluoride site distributions for the Eu^3? ions in these low concentrated glass ceramics.     

Rare Earth Doped Glass Waveguide Amplifiers

Progress in rare earth doped planar glass waveguide devices has been significant over the past few years. The history and applications of these devices are reviewed.     

稀土离子掺杂钙钛矿纳米晶的光学性质和应用

近年来,钙钛矿纳米晶由于具有优异的光电性质,在发光、光电转换等领域获得了广泛的研究,已然成为科研界的"明星材料".然而,钙钛矿纳米晶存在一些不足之处(例如稳定性差、光谱仅限于可见光区等),限制了其应用.稀土离子具有丰富的4f能级和特殊的电子构型,因此,将稀土离子掺杂到钙钛矿纳米晶中,能够显著提升材料的光电性质,并改善稳...     

ICP-AES直接测定氯化稀土和轻稀土中稀土元素

以电荷耦合器件为检测器的ICP-AES光谱仪直接测定混合稀土中的十五种稀土元素.考察十五种稀土元素的五十余条灵敏线的谱图,分析稀土元素之间的光谱干扰并利用多组分谱图拟合方法扣除空白及元素间的干扰.研究溶液酸度及仪器工作参数的影响,方法回收率为98.4%～101.7%,相对标准偏差小于2%.     

ICPI—AES直接测定氯化稀土和轻稀土中稀土元素

以电荷耦合器件为检测器的ＩＣＰ－ＡＥＳ光谱仪直接测定混合稀土中的十五种稀土元素。考察十五种稀土元素的五十余条灵敏线的谱图,分析稀土元素之间的光谱干扰并利用多组分谱图拟合方法扣除空白及元素间的干扰。研究溶液酸度及仪器工作参数的影响,方法回收率为９８．４％￣１０１．７％,相对标准偏差小于２％。     

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。     

掺稀土离子的电子俘获材料

可利用不等价离子取代法或高能射线辐照法制备电子俘获材料,如长余辉发光材料znO-SiO₂-B₂O₃-MnO、CaS:Eu²⁺,Tm³⁺、CaGa₂S₄:Eu²⁺,Ho³⁺和固体剂量材料Zn_0.96(BO₂)₂:0.04Tb,Sr_0.93Dy_0.07B₄O₇等.利用俘获在缺陷中的电子-空穴对的复合,并把能量传递给Eu²⁺或Mn²⁺等激活离子而产生长余辉发光或热释光.它们将在弱光照明与显示,信息存储和辐射治疗与探测、监控等方面获得应用.     

Rare Earth Ion Doped Non Linear Laser Crystals

We show how non linear crystals activated with Yb^3? or Nd^3? ions can be used to develop diode pumped solid state lasers emitting in the visible region of the electromagnetic spectrum. For this purpose we have selected relevant examples of systems investigated in our laboratory.     

锂离子对稀土掺杂氧化物的红外激光诱导热辐射的影响

由于具有较高的可见波段荧光效率,基于稀土掺杂氧化物的红外激光诱导热辐射具有重大的应用潜力。进一步提高红外诱导热辐射效率具有重大的实用价值。设计了一种改善稀土掺杂氧化物材料中红外诱导热辐射效率的方案,即通过掺杂改性杂质,既可以改变稀土离子周围局域晶场的对称性;同时又引入了晶格缺陷。对应的效果包括：一方面,可以通过增强稀土离子周围的晶场强度来提高稀土元素对于入射光子的吸收能力;另一方面,可以利用晶格缺陷作为猝灭中心来增加材料的热转化能力,最终将显著提高杂质改性材料的光热转化效率,即获得更加高效的红外诱导热辐射材料。为了验证设计方案的可行性,利用溶胶-凝胶方法合成了不同浓度的镱离子和锂离子的共掺杂样品,通过XRD及TEM测试分析了杂质对样品结构的影响,并且基于荧光发射光谱具体研究了杂质掺杂浓度对热辐射效率的影响。该工作为高效稀土掺杂热辐射材料的制备提供一定的参考。     

稀土掺杂纳米晶体荧光发射性质的调控

稀土掺杂纳米体系的荧光发射过程主要取决于稀土离子的性质和基质结构。对于给定体系,可控荧光性能的构筑包括改变纳米颗粒自身性质和外部条件两个方面。改变颗粒自身性质的途径主要包括调节纳米晶体的成分、结构、掺杂元素的性质、浓度及颗粒的大小、形貌、表面修饰以及通过纳米金属结构实现的金属增强等。外部环境的改变则主要包括颗粒的环境温度和泵浦方式等。本文阐述了影响荧光发射的主要因素和调控荧光性质的主要途径, 并着重对晶体结构变化和稀土共掺杂所引起的局域对称性和相互作用变化进行讨论。     

稀土La掺杂CrSi_2电子结构与光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,对稀土La掺杂CrSi2的几何结构,电子结构和光学性质进行了计算与分析.结果表明,La掺杂后,CrSi2的晶格常数a,b和c均增大,晶格体积增大.La掺杂导致费米面进入价带,带隙明显变窄仅为0.07eV;在费米面附近,La原子的5d层电子态密度只占总态密度很小的一部分,而总态密度仍然由Si的3p层和Cr的3d层电子的分波态密度决定;La掺杂后CrSi2的静态介电常数ε1(0)由28.98增大为91.69,ε2(ω)的两个介电峰均向低能方向偏移且增强,光学吸收边向低能方向移动,吸收峰减小.计算结果为CrSi2材料掺杂改性的实验研究提供了理论依据.     

稀土La掺杂CrSi2电子结构与光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法, 对稀土La掺杂CrSi2的几何结构, 电子结构和光学性质进行了计算与分析. 结果表明, La掺杂后, CrSi2的晶格常数a, b 和c均增大, 晶格体积增大. La掺杂导致费米面进入价带, 带隙明显变窄仅为0.07eV; 在费米面附近, La原子的5d层电子态密度只占总态密度很小的一部分, 而总态密度仍然由Si的3p层和Cr的3d层电子的分波态密度决定; La掺杂后CrSi2的静态介电常数ε1(0)由28.98增大为91.69, ε2(ω)的两个介电峰均向低能方向偏移且增强, 光学吸收边向低能方向移动, 吸收峰减小. 计算结果为CrSi2材料掺杂改性的实验研究提供了理论依据.     

The Absorption Characteristics of Rare Earth Doped Circular Double-Clad Fibers

The absorption characteristics of circular double-clad fibers are analyzed in straight and bend cases with geometrical optics and mode coupling theory. A concept of absorbable power ratio is defined to describe absorption behavior and establish a theoretic model. The model investigation indicates that the absorption of doped core is determined by the absorbable power ratio, absorption coefficient, and coupling coefficient. Along with the increase of fiber lengths, the total absorption efficiency tends to saturation. A three-dimensional ray tracing simulation has also been achieved to calculate absorption efficiency and the calculated results are found to agree well with the model on the assumption of inconstant coupling coefficient. To improve the absorption, potential methods such as using proper bend as well as good pump light and bending fiber with variant bend radiuses are also discussed.     

稀土氧化物粉末样品的光声光谱研究

利用光声光谱方法对几种常见的稀土氧化物粉末样品在紫外-可见、近红外, 以及中红外波段的光声光谱进行了测量与分析。根据光声光谱图和稀土离子的能级图, 对稀土离子的激发态电子的辐射和无辐射跃迁进行了探讨。与传统的透射谱和吸收谱相比较, 光声光谱具有分辨率高、快速、无损检测等优点, 特别适合于研究不透明、高反射和高散射粉末样品的光学性质。     

聚氧化乙烯表面修饰对ZnO光学性质的影响

利用聚氧化乙烯(PEO)对ZnO表面进行修饰,研究有机包覆对ZnO光学性质的影响。用吸收光谱和光致发光光谱来表征和研究PEO包覆对ZnO纳米粒子光学性质的影响。吸收光谱结果表明随着ZnO薄膜中PEO含量的增加,激子吸收峰逐渐向低能侧方向移动。光致发光光谱是由紫外发射和与氧空位有关的深能级缺陷发光组成,且随着ZnO薄膜中PEO含量的增加,紫外发射与深能级发光强度之比逐渐增大,当ZnO薄膜中的PEO达到最大值时,其比值为31．5,远远大于纯ZnO薄膜的紫外发射与深能级发光强度之比1．04。由此可见,ZnO被PEO包覆后,提高了紫外发光效率,改善了ZnO薄膜的质量。     

一种新型铽、钆稀十配合物的发光特性

合成了一种新型的铽、钆稀土配合物TbGd（BA）6（bipy）2，把它作为发光材料应用于有机电致发光器件中。为改善稀土配合物的载流子传输能力并避免其在真空蒸发时的热分解，实验中将铽、钆稀土配合物TbGd（BA）6（bipy）2掺入高分子导电聚合物Poly（N-vinycarbazole）（PVK）中，用旋涂的方式制备发光层，并制成电致发光器件。通过测量器件的光致和电致发光光谱，均得到纯正的、明亮的Tb^3＋离子的绿光发射，四个特征峰分别位于489，545，585，620nm，分别对应着能级^5D4→^7FJ（J=6，5，4，3）的跃迁。讨论了共混体系的发光特性和能量传递机理。稀土配合物的光敏发光是由于外部直接激发及PVKt到稀土配合物的能量传递。电致发光有两个途径，PVK到稀土配合物的能量传递及载流子的直接俘获。在双层器件中，发光区域随Alq3厚度变化，尤其是在高电压下，激子复合区域移向Alq3一侧。优化后，多层器件在电压为13V时，达到最高亮度183cd／m^2，得到明亮的铽的绿色发光。     

掺稀土离子的CaS：Bi荧光粉的发光性质

采用固相反应法合成了单掺和双掺稀土离子Ｔｍ３＋、Ｅｒ３＋的ＣａＳ：Ｂｉ荧光粉，测定了试样的荧光光谱和有效余辉。与ＣａＳ：Ｂｉ相比，掺入Ｔｍ３＋、Ｅｒ３＋的荧光粉，Ｂｉ３＋特征发射峰４４７ｎｍ增强，有效余辉延长。表明Ｔｍ３＋、Ｅｒ３＋对Ｂｉ３＋在ＣａＳ中的发光产生了敏化作用，Ｔｍ３＋、Ｅｒ３＋在基质晶格中造成了缺隙深能级，讨论了Ｔｍ３＋、Ｅｒ３＋对ＣａＳ：Ｂｉ发光敏化作用的大小和在基质中造成缺隙能级。的深浅。     

稀土掺杂的纳米发光材料的制备和发光

概述了用溶胶-凝胶法制备的纳米Y2SiO5：Eu及燃烧法合成的纳米Ln2O3：Eu(Ln=Y,Gd)的发光性质,包括它们的激发光谱、发射光谱、荧光寿命,以及这些性质随颗粒尺寸的变化。着重介绍了稀土掺杂的纳米发光粉中浓度猝灭受到抑制的现象,认为这一特性为纳米发光材料的实际开发应用展示了广阔的前景。文中还对X1型Y2SiO5：Eu纳米粉中的不同发光中心的发光,和它们之间的能量传递作了讨论。