Ba_5Zn_4Y_8O_(21)∶Er~(3+)/Yb~(3+)高效上转换发光粉的制备与发光性能

采用固相法成功制备了Ba_5Zn_4Y_8O_(2)∶Er~(3+),Yb~(3+)上转换发光粉。X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)测试结果表明,发光粉结晶良好,平均粒径1~5μm,呈碎颗粒状。在980nm激光器激发下,肉眼可见极其明亮的橙色发光。光谱测试结果证实,发光粉发射峰位于520~530,530~550和650~690nm间。其中,绿光发射源于Yb~(3+)→Er~(3+)两步能量传递对2H11/2、4S3/2能级的粒子布居,及随后向基态的跃迁。红光发射则主要与~4I_(11/2)(Er~(3+))+~4F_(7/2)(Er~(3+))→~4F_(9/2)(Er~(3+))+~4F_(9/2)(Er~(3+))交叉弛豫和~4S_(3/2)(Er~(3+))+~2F_(7/2)(Yb~(3+))→~4I_(13/2)(Er~(3+))+~2F_(5/2)(Yb~(3+))能量反传递、~4I_(13/2)→~4F_(9/2)激发态吸收及~4F_(9/2)→~4I_(15/2)跃迁有关。由于交叉弛豫和能量反传递可有效提高红光强度并削弱绿光发射,因此红光发射强度可达到绿光强度的6~13倍。在7%(摩尔分数)的Yb~(3+)掺杂条件下,Er~(3+)的最佳掺杂浓度为3%(摩尔分数)。提高激发光功率密度不仅可以使UCL增强,还可以进一步提高红绿光分支比。在高功率激发下,还观察到了三光子吸收产生的蓝光和蓝绿光发射。     

磁控溅射制备Er~(3+)掺杂Al_2O_3薄膜的上转换发光特性

Al_2O_3作为太阳能电池的钝化层,如果掺入稀土元素Er~(3+)通过吸收红外光并将其上转换为可见光被硅吸收,则可以提高太阳能的利用率。本文采用磁控溅射法制备得到厚度为500 nm左右的不同浓度Er~(3+)掺杂Al_2O_3薄膜。X射线衍射测试表明薄膜由θ-(Al,Er)_2O_3、Al_(10)Er_6O_(24)和ErAlO_3相构成。通过波长980nm的激光器激发产生光频上转换,获得了490 nm的绿光和670nm的红光发光,分别对应于Er~(3+)的~4F_(7/2)→~4I_(15/2)和~4F_(9/2)→~4I_(15/2)的能级跃迁。当Er~(3+)掺杂浓度为0.6%(摩尔比)时,上转换发光强度最强。上转换发光强度受到Al_(10)Er_6O_(24)和ErAlO_3晶体的生成以及Er~(3+)掺杂浓度的影响,并且对红光的影响要大于绿光。Er~(3+)掺杂Al_2O_3薄膜相比粉体材料具有较低的声子态密度,从而抑制了Er~(3+)无辐射跃迁,得到了不同于粉体材料的490nm绿光的发光。     

Er3+/Yb3+掺杂NaGd(WO4)2粉体的制备与发光性能

采用水热法成功制备了Er~(3+)/Yb~(3+)双掺杂的NaGd(WO_4)_2纳米粉体,研究了不同络合剂、水热温度对样品形貌和结构的影响。测量了不同Er~(3+)掺杂浓度样品的可见上转换和近红外发射光谱。结果表明:在980nm LD激发下,可观测到样品强烈的绿色上转换发光,对应Er~(3+)的~2H_(11/2)→~4I_(15/2)(530nm)和~4S_(3/2)→~4I_(15/2)(552nm)跃迁,以及较弱的红色上转换和近红外发光,分别对应Er~(3+)的~4F_(9/2)→4I15/2(656nm)和~4I_(13/2)→~4I_(15/2)(1 532nm)跃迁。且随着Er~(3+)掺杂浓度的增加,样品的上转换红绿光和1.54μm附近的近红外光均呈现出先增大后减小的趋势。样品的激发和发射光谱显示,在378nm处的激发峰最强,对应Er~(3+)的~4I_(15/2)→~4 G_(11/2)能级跃迁,最强发射峰位于552nm。根据泵浦功率与发光强度的关系可以得出,红光和绿光的发射主要为双光子吸收过程,但红光还包含了一定的单光子吸收成分。     

Eu~(3+)单掺和Er~(3+)/Yb~(3+)共掺Ba_3Lu_4O_9的发光性能研究

采用高温固相法制得稀土掺杂的镥酸钡(Ba_3Lu_4O_9)荧光粉。采用铕离子(Eu~(3+))为结构探针离子,研究了基质中稀土离子所处格位的对称性。在323~573℃温度范围内和980nm的激发下,观察到强的上转换发光绿光和红光发射,分别对应于Er~(3+)的~2H_(11/2)→~4I_(15/2),~4S_(3/2)→~4I_(15/2)和~4F_(9/2)→~4I_(15/2)跃迁。研究了不同温度下铒/镱(Er~(3+)/Yb~(3+))共掺Ba_3Lu_4O_9的上转换发光。并对2 H11/2和4S3/2能级的荧光强度比进行了分析,建立了上转换特性与温度的函数关系,在573℃时最大灵敏度达到0.0067℃-1。结果表明,研究的荧光材料可应用于温度传感器。     

Er~(3+)掺杂调控NaY(WO_4)_2:Dy~(3+)的上转换发光性能

采用水热法合成出Dy~(3+),Er~(3+)共掺杂NaY(WO_4)_2荧光粉。利用XRD和SEM对样品的晶体结构及形貌进行表征。研究了上转换发光性能和Dy~(3+)的~4F_(9/2)→~6H_(13/2)跃迁的荧光衰减曲线,并讨论了Dy~(3+)→Er~(3+)的能量传递过程。结果表明:所有合成的样品均具有NaY(WO_4)_2四方相结构;加入聚乙二醇(PEG-2000)作为表面活性剂,可得到分散性良好的微米针状球;在780 nm近红外光激发下,观察到了480 nm蓝光、576 nm黄光、531 nm及554 nm绿光发射峰,其中蓝光和黄光分别来自Dy~(3+)的~4F_(9/2)→~6H_(15/2)与~4F_(9/2)→~6H_(13/2)跃迁,绿光发射由Er~(3+)的~2H_(11/2)→~4I_(15/2)和~4S_(3/2)→~4I_(15/2)跃迁产生。通过研究荧光光谱和荧光衰减曲线,证实了Dy~(3+)→Er~(3+)的能量传递过程,且该能量传递的机制为电偶极–电偶极相互作用。通过调节NaY(WO_4)_2:1.0mol%Dy~(3+),xmol%Er~(3+)荧光粉中Er~(3+)的浓度,可实现由准白光到蓝光的转变。     

Yb~(3+)/Er~(3+)共掺钨钼酸盐上转换发光材料的研究

采用水热法合成了镱离子(Yb~(3+))/铒离子(Er~(3+))分别共掺杂钨酸钆银(AGWO)、钼酸钆银(AGMO),分别制得钨酸钆银∶镱/铒(AGWO∶Yb~(3+)/Er~(3+))上转换发光材料、钼酸钆银∶镱/铒(AGMO∶Yb~(3+)/Er~(3+))上转换发光材料,采用X-射线粉末衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)以及荧光光谱仪对合成样品的结构特征、表面形貌以及发光性能进行了表征。研究结果表明:在不同浓度Yb~(3+)和Er~(3+)共掺条件下,所得粉体样品的物相分别与AGWO、AGMO基质物相一致;随着合成条件的变化,样品具有不同的形貌:AGWO∶Yb~(3+)/Er~(3+)呈棒状、AGMO∶Yb~(3+)/Er~(3+)呈粒状;在980nm激光激发条件下,可以观测到波长位于525nm、550nm处的绿色发射光谱和波长位于660nm处的红色发射光谱,分别对应于Er~(3+)的~2H_(11/2)→~4I_(15/2)(525nm)、~4S_(3/2)→4I_(15/2)(550nm)和~4F_(9/2)→~4I_(15/2)(660nm)特征跃迁。通过对比可发现,在Yb~(3+)/Er~(3+)掺杂浓度相同的条件下,AGMO∶Yb~(3+)/Er~(3+)具有较强的发射强度。     

Zn2+掺杂NaAlSiO4:Er3+,Yb3+微晶玻璃制备及上转换发光性能

主要研究过渡金属Zn~(2+)离子掺杂对NaAlSiO_4:Er~(3+), Yb~(3+)微晶玻璃上转换发光性能的影响。采用高温熔融法制备不同掺杂浓度的Zn~(2+)掺杂NaAlSiO_4:Er~(3+), Yb~(3+)上转换发光样品,通过同步热分析仪(DSC)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱仪和荧光光谱分析仪等对样品进行热处理制度、析出晶体、玻璃结构和发光性能的表征分析。采用两步法对基质玻璃进行热处理之后,样品中析出NaAlSiO_4晶体,随着Zn~(2+)离子掺杂浓度的增加,样品的结晶完整度有所变化,说明Zn~(2+)进入到晶体内部,打破了晶体内部对称性,引起晶格畸变。在980 nm激光器泵浦激发下样品在543 nm处出现绿光发射峰,在668 nm处出现红光发射峰。结果表明,位于668 nm处的红光发射峰强度随着Zn~(2+)掺杂浓度的不断增加而逐渐增强,说明一定浓度的过渡金属Zn~(2+)的掺杂会对样品的上转换发光强度的提升有较大的促进作用。     

LaAlO_3∶Mn~(4+)/Er~(3+)荧光粉中敏化的近红外发光及能量传递

采用传统高温固相法成功合成了一系列Mn~(4+)/Er~(3+)共掺杂的LaAlO_3近红外发光荧光粉,并利用X射线粉末衍射(XRD)、荧光光谱及荧光衰减等手段对荧光粉的结构与发光性质进行了研究。结果发现,当激发Mn~(4+)离子时,在LaAlO_3∶Mn~(4+)/Er~(3+)荧光粉中可以观察到较强的近红外发射,分别对应于Er~(3+)的~4I_(11/2)→~4I_(15/2)(990nm)及~4I_(13/2)→~4I_(15/2)(1 552 nm),这表明Mn~(4+)与Er~(3+)之间存在着有效的能量传递。在LaAlO_3∶Mn~(4+)/Er~(3+)荧光粉中,最佳的Er~(3+)的掺杂浓度为2%(摩尔分数),进一步增加Er~(3+)掺杂浓度将导致浓度猝灭的发生。Er~(3+)浓度依赖的Mn~(4+)荧光寿命分析进一步表明了在LaAlO_3∶Mn~(4+)/Er~(3+)荧光粉中存在着Mn~(4+)到Er~(3+)的能量传递过程,并且证实其能量传递机理为电四极-电四极相互作用。     

1550 nm激发层状BiOCl:Er~(3+)上转换发光及温度传感特性

由于热耦合能级(TCLs)差的影响,传统稀土上转换(UC)光学温度传感技术的灵敏度受到了极大限制,探索超灵敏温度特性上转换发光材料具有重要的理论和技术价值。本工作研究了1550nm激光激发下Er~(3+)单掺BiOCl的上转换发光及温度传感性能。在近红外激发下, BiOCl:Er~(3+)展现出强烈的670 nm红光发射、弱的525和542 nm绿光发射、微弱的406 nm紫光发射以及983 nm近红外发光。该上转换材料体系的红绿光发射表现出强烈的温度依赖性,在300～563K温度范围内, ~4F_(9/2)/~4S_(3/2)非热耦合能级绝对灵敏度(SA)达到95.3×10~(–3)K~(-1),是~2H__(11/2)/~4S_(3/2)热耦合能级的22倍;同时相对灵敏度(SR)达到了1.19%K~(-1)。1550 nm激发下BiOCl:Er~(3+)的强烈红色上转换发光和高灵敏温度传感特性在显示及光学温度传感方面具有良好的应用前景。     

水热法合成KGd0.9-xF4∶10% Yb3+, x% Er3+微晶及其上转换发光性能

通过水热合成法制备了KGd0.9-xF4∶10%Yb~(3+),x%Er~(3+)微晶,借助X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和荧光分析(PL)对所得样品的晶相结构、形貌和发光性能进行了表征;着重探讨了Er~(3+)掺杂量对样品微观结构及发光性能的影响。XRD结果表明制备的KGd0.9-xF4∶10%Yb~(3+),x%Er~(3+)系列微晶均结晶良好,属于立方晶系,其结晶性随着Er~(3+)含量的增加而增强。SEM表明所有制备的样品均为粒径在0.1~0.3μm范围内的类球形颗粒。荧光光谱显示,在980 nm近红外光激发下,所有样品均出现了位于524 nm和545 nm的绿发射及位于660 nm的红发射,分别对应于Er~(3+)的(2H11/2,4S3/2)→4I15/2和4F9/2→4I15/2能级跃迁。色度坐标图表明制备的KGd0.9-xF4∶10%Yb~(3+),x%Er~(3+)系列微晶均发出较纯的绿光。     

Li~+共掺杂对掺Er~(3+):TiO_2上转换发光的增强作用·

采用非水性溶胶-凝胶法制备了0.1%Er~(3+)(摩尔分数,下同)、0%～2%Li~+共掺杂TiO_2粉末,在980nm半导体激光器(LD)激发下获得了中心波长526nm、550nm的绿色和663nm的红色上转换发光.Li~+共掺杂对掺Er~(3+):TiO_2的相结构未产生影响,但极大增强了上转换发光强度.随Li~+共掺杂摩尔分数的逐渐增大,绿色和红色上转换发光强度先增大后减小,当Li~+摩尔分数为1%时,上转换发光强度达到最大,绿色和红色上转换发光强度分别比掺Er~(3+):TiO_2提高了约330倍、30倍和60倍.Er~(3+)Li~+共掺杂TiO_2粉末的绿色和红色上转换发光均为双光子吸收过程.Li~+共掺杂不改变Er~(3+)的上转换发光机制,但破坏了Er~(3+)的局部晶体场对称性,影响了Er~(3+)内部4f能级的跃迁几率,导致上转换发光强度增强.     

BGO∶TR(TR=Nd,Er),Cr,Fe晶体的吸收光谱和发光光谱

在化学计量的Bi_2O_3(5N)和 GeO_2(6N)的配料里,加入0.01wt%Nd_2O_3,0.01wt%Er_2O_3,0.02wt%Cr_2O_3或0.02wt%Fe_2O_3,用 Bridgman 方法生长 Bi_4Ge_3O_(12)掺杂晶体。给出 eulytite 的结构投影和 BGO 晶体的点阵常数。掺杂稀土 BGO 晶体的室温吸收光谱由稀土离子所特有的几个吸收带所组成。采用3d~3电子的能量久期方程计算 O_h 场下掺 Cr~(3+)BGO 的库仑相互作用参数和内晶体场参数,其吸收光谱是由基态~4A_2到~2E,~4T_2和~4T_1跃迁的三个带组成。以300nm 激发观察到纯锗酸铋强的宽带发光,其峰值位置在498和550nm。这种发射被认为是 Bi~(3+)的~3P_1→~1S_0跃迁。由于存在大的 Stokes 迁移,Bi~(3+)系统猝灭心受到阻止。另外,由于~3P-~1S 能级差别大,使多声子过程中的非辐射衰减亦受到限制。通过接收498nm 发射波长,测量纯 BGO 室温激发光谱,其峰值位置在250、272和285nm,这和 M.J.Weber 测定的吸收收和反射光谱的结果基本一致。按不同波长范围分别采用光电倍增管和 PbS 接收,测量了 BGO 掺 Nd~(3+)的~4F_(3/2)→~4I_(11/2),~4I_(13/2)跃迁;掺 Er~(3+)的~4I_(13/2)→~4I_(15/2)跃迁的荧光光谱。强的荧光发射以及发射带宽界于 YAG和玻璃之间,表明掺杂稀土的 BGO 晶体是一类有希望的激光材料。     

YAl3(BO3)4:Eu3+荧光粉的高温球磨制备和发光性能

以稀土氧化物、硝酸铝和硼酸为原料,用高温球磨法制备红色荧光粉YAl_3(BO_3)_4:Eu~(3+),研究其结构、形貌和发光性能。结果表明,在700℃高温球磨制备YAl_3(BO_3)_4:Eu~(3+)荧光粉,煅烧温度比硝酸盐分解法降低200℃,比高温固相法降低500℃;制备出的荧光粉粒度分布均匀,晶粒近似呈球状,尺寸为纳米级;在394 nm的紫外光激发下YAl_3(BO_3)_4:Eu~(3+)荧光粉具有较好的发光性能,发射光以波长为618 nm的红光(Eu~(3+)离子~5D_0→~7F_2跃迁)为主;Eu~(3+)的最佳掺杂量为15%。     

816nm光激发下Sm~(3+)掺杂NaY(WO_4)_2上转换发光性能的研究

通过水热法合成出NaY(WO_4)_2∶Sm~(3+)上转换荧光粉。该荧光粉性质通过扫描电子显微镜、X射线粉末衍射、激发光谱以及发射光谱来表征。探讨了Sm~(3+)浓度及退火温度对NaY(WO_4)_2∶Sm~(3+)晶体结构、形貌和发光性能的影响。在Sm~(3+)浓度为1.2%,800℃退火条件下合成的样品具有最佳发光性能。利用816nm光激发NaY(WO_4)_2∶Sm~(3+),观察到了563nm处绿光,606nm处橙光以及647nm处的红光发射峰。它们分别来自于Sm~(3+)的~4 G_(5/2)→~6 H_(5/2)、~4 G_(5/2)→~6 H_(7/2)、~ G_(5/2)→~6 H_(9/2)能级跃迁。     

棒状LaVO4∶Dy3+纳米晶的水热合成及荧光性能研究

以La_2O_3、Dy_2O_3、浓HNO_3、偏钒酸钠、氢氧化钠、无水乙醇、乙二醇为原料,采用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)辅助水热法合成了四方晶系锆石结构的LaVO_4∶Dy~(3+)棒状纳米晶体。并用X粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)和荧光光谱(FL)对产品进行了表征和分析。测试结果表明,所得样品为四方锆石型结构,反应pH从7升至10,纳米棒增长60～70nm。LaVO_4∶Dy~(3+)纳米棒分别在574nm和484nm处有较强的黄光发射(~4F_(9/2)→~6H_(13/2))和蓝光跃迁(~4F_(9/2)→~6H_(15/2)),通过改变反应的pH和Dy~(3+)掺杂量达到对黄蓝光强度比值(Y/B)的有效调控,Y/B值最大达1.207。     

稀土掺杂荧光材料BaMoO4:Eu3+的制备和发光性能

以钼酸铵、硝酸钡和三氧化二铕为原料,通过化学沉淀法制备稀土掺杂的发红光材料BaMoO_4:Eu~(3+),并用X射线衍射和激发发射光谱对粉体的结构和发光性能进行了表征。结果表明,获得最强发光BaMoO_4:Eu~(3+)粉体的最佳合成条件是:反应溶液的pH值为6、烧结温度为1000℃以及Eu~(3+)掺杂量(mol分数)为8%。BaMoO_4:Eu~(3+)粉可被394 nm的紫外光和465 nm的可见光有效激发,其发射光谱在616 nm处发光强度最大,是以电偶极跃迁~5D_0→~7F_2为主导地位的红光发射。     

Ce~(3+)浓度对YVO_4:Ce~(3+)晶体发光性能的影响

利用提拉法生长了掺杂浓度为1.0at%~10.0at%的YVO_4:Ce~(3+)单晶,XRD分析显示Ce~(3+)的掺入没有改变晶体结构。晶体的激发和发射谱测试表明,在325 nm激发下YVO_4:Ce~(3+)发射出峰值在445 nm的蓝光和620 nm附近的红光。蓝光发光强度随Ce~(3+)浓度增加而增强,当浓度为8.0at%时达到最强,10.0at%时出现浓度淬灭,发光减弱;红光则随着Ce~(3+)浓度的增加而持续增强。通过实验分析推测蓝光来源于Ce~(3+)电子从激发态~2D_(3/2)到基态~2F_(5/2)的跃迁,而红光则是由于V~(4+)的电子能级跃迁而形成的。XPS测试显示部分Ce~(3+)失去电子被氧化成为Ce~(4+),失去的电子大部分被V~(5+)捕获形成V~(4+)。V~(4+)的d轨道分裂为三个轨道单态~2A_1、~2B_1、~2B_2和一个轨道简并态~2E等4个能级,基态为~2B_2。V~(4+)中电子通过能量传递、辐射跃迁和无辐射跃迁等过程,可以实现波长在620 nm附近的红光发射以及在620 nm激发下的451 nm蓝光上转换发光。实验证实了上转换发光为双光子过程。研究结果对紫外激发下YVO_4:Ce~(3+)红、蓝光发光行为提供了理论支撑。     

稀土Er~(3+)/Yb~(3+)掺杂对多孔硅结构和光致发光性能的影响

利用双槽电化学腐蚀方法制备多孔硅,并用电化学掺杂方法对多孔硅进行稀土元素Er~(3+)/Yb~(3+)掺杂。利用扫描电镜和X射线衍射光谱分析所制备样品的结构和成分;通过对比掺杂前后以及退火前后荧光光谱的变化,分析能级变化情况和能量传递过程,认为可见光区的绿光源于SiO_x(1x2)氧化层中的Si—O键,可见光区的红光和近红外区域的发光,源于Er~(3+)和Yb~(3+)离子之间交叉弛豫或者选择性跃迁。     

CuO/Er-Yb-TiO_2的制备及在模拟可见光下催化CO_2合成甲醇

采用溶胶-凝胶法制备了Er~(3+)和Yb~(3+)掺杂的TiO_2纳米颗粒(Er-Yb-TiO_2),并进一步通过浸渍法负载了CuO,得到CuO/Er-Yb-TiO_2用于催化还原CO_2合成甲醇。采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)仪、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见光谱仪(UV-vis)、荧光分光光度计(PL)等对样品进行了表征。结果表明,在TiO_2中掺入Er~(3+)和Yb~(3+),在980 nm近红外光的激发下,可分别获得525 nm(~2H_(11/2)→~4I_(15/2))、549 nm(~4S_(3/2)→~4I_(15/2))和661 nm(~4F_(9/2)→~4I_(15/2))的上转换可见光,并抑制了光生电子-空穴对的复合。负载CuO后,增强了TiO_2对可见光的吸收,光生电子-空穴对更加稳定。在300 W氙灯模拟可见光下,分别采用纯TiO_2、CuO/TiO_2、Er-Yb-TiO_2和CuO/Er-Yb-TiO_2催化还原CO_2合成甲醇,反应时间为2 h。结果显示,以纯TiO_2为催化剂,甲醇的产率仅为23.9μmol·g~(-1);Yb~(3+)与Er~(3+)的掺杂量分别为2.5%和1%(均为摩尔分数)的ErYb-TiO_2获得的甲醇产率提高到116.7μmol·g~(-1);CuO/TiO_2和CuO/Er-Yb-TiO_2由于CuO的负载提高了纳米颗粒对可见光的吸收,所得的甲醇产率分别提高到69.1μmol·g~(-1)及281.2μmol·g~(-1)。由此可见,CuO/Er-Yb-TiO_2能高效催化还原CO_2合成甲醇。     

近紫外白光LED用Ca2-xSiO3Cl2∶xEu3+高效红色荧光粉的发光性能研究

采用传统的高温固相反应法在较低温度下制备红色荧光体Eu~(3+)掺杂的Ca_2SiO3_Cl_2,研究了Ca_(2-x)SiO_3Cl_2∶xEu~(3+)(x=3%～18%)的晶体结构和发光性质。激发和发射光谱表明,样品可以被近紫外350～420nm波段激发,最强激发峰位置位于394nm,发射光谱呈现出Eu~(3+)的特征红色发光,谱带峰值位置在592nm和620nm,分别对应于~(5 )D_0→~7F_1和~(5 )D_0→~7F_2特征跃迁。结果表明:最强发射对应的掺杂浓度是15%(摩尔分数),样品Ca_(1.85)SiO_3Cl_2∶0.15Eu~(3+)荧光粉是一种具有应用潜力的近紫外激发三基色白光LED用红色荧光粉。