基于磁光应用的TbO1.81和Tb2O3超细粉末的合成

以碳酸氢铵(AHC)为沉淀剂,采用液相沉淀法结合高温热分解获得了TbO_1.81和Tb₂O₃超细粉体。研究表明,沉淀前驱体呈现出一维纳米线形貌特征,纳米线的平均宽度随碳酸氢铵含量的增加而增长。前驱体在空气中直接加热煅烧经过脱水、脱碳和颗粒生长等过程得到了平均粒径约为140 nm的类球状TbO_1.81纳米粉体;而前驱体在流动氢气气氛下加热则获得了颗粒尺寸更小的Tb₂O₃粉体(平均粒度约为85 nm)。碳酸氢铵与Tb³⁺的摩尔比对氧化物粉体的分散有显著影响,最佳摩尔比为1∶1。TbO_1.81和Tb₂O₃的禁带宽度分别约为1.67 eV和5.20 eV。     

(Gd,Lu)3Al5O12∶Tb3+,Eu3+透明陶瓷制备与发光性能

通过简单的化学沉淀法制备了纳米前驱体,结合真空烧结工艺,制备了一系列镥稳定钆铝石榴石{(Gd, Lu)₃Al₅O₁₂∶Tb,Eu}透明陶瓷。将透明陶瓷加工成1 mm厚的圆片,对透明陶瓷样品进行了X射线衍射、光致发光、透过率和衰减时间等表征。高温烧结过后,陶瓷样品仍保持稳定的石榴石相。选定313 nm作为透明陶瓷的激发波长,可获得最强的荧光发射。此外,通过对不同样品进行紫外可见荧光测试,获得了由绿光到红光的可调节发射。在313 nm激发,543 nm和591 nm的监测波长下,透明陶瓷样品均具有Eu³⁺的毫秒级衰减时间。     

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。     

(Gd0.95-xLuxEu0.05)2O3纳米粉体合成、透明陶瓷的制备及其荧光性能研究

以稀土硝酸盐和NH4HCO3作为原料,采用共沉淀法合成用于制备Eu掺杂Lu2O3-Gd2O3固溶体透明陶瓷的一系列(Gd0.95-xLuxEu0.05)2O3(x=0~0.95)纳米粉体,并利用XRD、SEM、TEM、BET和TMA手段对合成粉体的性能进行表征.结果表明,经800 ℃煅烧后的粉体均为立方相的(Gd0.95-xLuxEu0.05)2O3,粉体颗粒细小,呈近球形,且颗粒尺寸分布较均匀.将合成的一系列纳米粉体压制成型,于1700 ℃真空烧结24 h得到了透明性良好的(Gd0.45Lu0.5Eu0.05)2O3和(Lu0.95Eu0.05)2O3透明陶瓷,其在可见光区的最高直线透过率分别为53.5;和62.3;.在254 nm激发下,透明陶瓷在612 nm处均呈现出很强的Eu3+的红光发射.(Gd0.45Lu0.5Eu0.05)2O3透明陶瓷中由于存在Gd3+向Eu3+的有效地能量传递,其发光强度是(Lu0.95Eu0.05)2O3透明陶瓷的1.7倍.     

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%。     

Er:Lu2O3单晶的导模法生长及性能表征

本文以高纯Lu₂O₃、Er₂O₃为原料,使用自主设计、制造的自动等径导模炉,采用导模法(EFG)生长了φ25 mm×20 mm的7.82%(原子数分数)Er:Lu₂O₃单晶,分凝系数为0.92,并探索了退火条件。X射线衍射仪(XRD)结果为纯相,X射线荧光光谱仪(XRF)结果证明杂质含量较低。利用吸收光谱计算在972 nm及1 535 nm附近的吸收截面,分别为3.24×10^-21 cm²、8.43×10^-21 cm²,半峰全宽(FWHM)分别为28.22 nm、27.31 nm。热学性能测试结果表明,在30 ℃时热导率为13.28 W·m^-1·K^-1。利用扫描电子显微镜(SEM)对晶体表面微观形貌进行了表征。     

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。     

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。     

溶胶-凝胶法制备Eu∶Lu2SiO5粉体及其在煅烧过程中的相转变研究

通过溶胶凝胶法制备Lu2SiO5(LSO)干凝胶前驱体,对其进行综合热分析(IG-DSC),TG曲线在400℃后趋于平缓,DSC曲线在402.8℃和1049.9℃的放热峰分别对应着LSO粉体的结晶开始温度与晶型转变点.干凝胶在900℃、1000℃、1100℃、1200℃下煅烧2h,X射线衍射图谱(XRD)显示,900℃煅烧2h,产物结晶不完全,还存在大量的非晶相,但已有A-LSO相的特征衍射峰出现;1000℃煅烧2h,粉体完全结晶生成A-LSO相,1100℃煅烧后粉体呈B-ISO相,晶型转变点为1050℃左右,结果与DSC曲线中1049.9℃处的焓变峰值相对应.A、B两相颗粒形貌存在明显差别,粉体颗粒尺寸都在400～500 nm.粉体发射光谱在595 nm,617 nm,707 nm处存在发射峰,分别对应Eu3+的5D0→7F1,5D0→7F2,5D0→7F4跃迁,发光强度随着Eu3+掺杂浓度升高先增强后降低,掺杂浓度为5;左右时,发光强度达到最大值.     

铝源种类对熔盐法制备超细ZnAl2O4粉体的影响

本文以Al(OH)₃、煅烧Al₂O₃和纳米Al₂O₃为铝源,在KCl和LiCl的混合熔盐介质中,800~1 200 ℃温度范围内保温3 h合成超细ZnAl₂O₄粉体。采用XRD、SEM、激光粒度仪和比表面分析仪等重点分析了铝源种类对ZnAl₂O₄粉体合成温度、产物物相组成以及显微形貌的影响。在此基础上探讨了反应温度、熔盐与原料的质量比(W_s/W_r)对粉体合成的影响。结果表明:铝源种类显著影响ZnAl₂O₄的开始形成温度和粉体性能,相比于煅烧Al₂O₃,以Al(OH)₃和纳米Al₂O₃为铝源生成ZnAl₂O₄的速率较快,在900 ℃时即可合成出单相ZnAl₂O₄。以煅烧Al₂O₃粉为铝源,当W_s/W_r为3∶1时,在1 000 ℃合成ZnAl₂O₄粉体的分散性最佳,而温度过高易造成粉体团聚长大。适当的W_s/W_r有利于ZnAl₂O₄的生成,当W_s/W_r为4∶1时合成的ZnAl₂O₄粒径最小。ZnAl₂O₄粉体均在一定程度保持着初始铝源的尺寸和形貌,表明熔盐法合成ZnAl₂O₄的机理主要遵循着“模板合成机理”。     

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。     

Sm∶YAG/Sm∶Y3ScAl4O12单晶光纤的生长及光谱性能

采用微下拉法成功生长出Sm∶YAG和Sm∶Y₃ScAl₄O₁₂单晶光纤。XRD结果表明晶体为立方晶系,晶胞参数分别为a=1.199 3 nm和a=1.200 0 nm。测试了室温下单晶光纤的拉曼光谱、吸收光谱、荧光光谱和荧光寿命。Sm∶Y₃ScAl₄O₁₂最大声子能量为766 cm^-1。Sm∶YAG和Sm∶Y₃ScAl₄O₁₂ 在可见波段的最强吸收位于405 nm附近,非常适合InGaN/GaN二极管泵浦。404 nm激发下,最强发射带位于618 nm处, 对应于Sm³⁺的⁴G_5/2→ ⁶H_7/2能级跃迁, 测得Sm∶YAG和Sm∶Y₃ScAl₄O₁₂上能级⁴G_5/2的荧光寿命分别为1.86 ms和1.83 ms。实验结果表明Sm∶YAG和Sm∶Y₃ScAl₄O₁₂单晶光纤是有潜力的红橙光波段激光增益介质。     

Synthesis of Y2O3:Eu phosphors by bicontinuous cubic phase process

A novel approach for preparation of red-emitting europium-doped yttrium oxide phosphor (Y₂O₃:Eu) by using the bicontinuous cubic phase (BCP) process was reported in this paper. The BCP system was composed of anionic surfactant sodium bis(2-ethylhexyl)sulfosuccinate (AOT) and aqueous yttrium nitrate/europium nitrate solution. Energy dispersive spectrometer analysis revealed the homogeneous precipitation occurred in the BCP structure. Thermogravimetric analysis measurements indicated the precursor powder was europium-doped yttrium hydroxide, Y_1−xEu_x(OH)₃. Scanning electron microscopy micrographs showed the precursor powder had a primary size about 30 nm and narrow size distribution. After heat treatment in furnace above 700 °C for 4 h, high crystallinity Y₂O₃:Eu phosphors was obtained. However, the primary size of particles grew to 50–200 nm and the dense agglomerates with a size below 1 μm were formed. X-ray diffraction patterns indicated the crystal structure of precursor powders and Y₂O₃:Eu phosphors were amorphous and body-centered cubic structure, respectively. The photoluminescence analysis showed that the obtained Y₂O₃:Eu phosphor had a strong red emitting at 612 nm and the quenching started at a Eu concentration of 10 mol%. This study indicated that the BCP process could be used to prepare the highly efficient oxide-based phosphors.     

共沉淀法制备LuGG∶Ce纳米荧光粉及其发光性能研究

采用共沉淀法合成了Ce³⁺掺杂的Lu₃Ga₅O₁₂(LuGG∶Ce)纳米荧光粉,采用Rietveld结构精修的方法确定了其结构参数。用扫描电子显微镜(SEM)测定了所合成纳米荧光粉的形貌。在365 nm激发光激发下,观测到的发射光谱呈非对称宽带,中心波长为438 nm。通过高斯拟合得到该发射谱带包含中心波长分别为426 nm和470 nm的两个发射峰。LuGG∶Ce的发光色度坐标为(0.176 9, 0.180 3),对应为蓝光发射。结果表明,LuGG∶Ce适用于通过紫外光(UV)激发实现蓝光发射,在紫外光(UV)激发白光LED领域具有潜在的应用前景。