稀土掺杂磷酸钇荧光粉的控制合成和发光性能

利用水热法分别合成了Ce~(3+)、Tb~(3+)共掺杂的YPO_4下转换荧光粉和Er~(3+)、Yb~(3+)、Tm~(3+)共掺杂的YPO_4上转换荧光粉,经过工艺优化获得了1μm左右尺寸均匀的发光材料。通过系列实验研究了反应温度、反应时间、稀土离子掺杂比例和退火温度对样品发光性能的影响。YPO_4∶Ce~(3+),Tb~(3+)荧光粉在295 nm紫外光的激发下产生下转换发光效应,当Tb~(3+)摩尔分数为1%时得到明亮的绿光;YPO_4∶Er~(3+),Tm~(3+),Yb~(3+)荧光粉在980nm近红外光激发下产生上转换发光效应,当稀土离子中Er~(3+)摩尔分数为3%时,所制备的样品经过1 000℃退火处理后发出很强的暖白光。     

Tm~(3+)/Er~(3+)/Yb~(3+)掺杂的镓锗酸盐玻璃光谱性能及能量传递

采用熔融淬冷法制备得到透明的Tm~(3+)/Er~(3+)/Yb~(3+)掺杂镓锗钠玻璃。对比研究了808 nm和980 nm激发下Tm_2O_3含量对样品可见-红外光学光谱特性的影响。结合稀土离子能级结构,分析了Tm~(3+)、Er~(3+)和Yb~(3+)离子之间的能量传递机制。结果表明:在808 nm和980 nm的激发下,Tm~(3+)/Er~(3+)/Yb~(3+)掺杂样品中均观察到了473,655,521,544 nm的蓝、红和绿光。在808 nm激发下,随着Tm~(3+)浓度的增加,Tm~(3+):1 800 nm和Er~(3+):1 530 nm发射强度的比率I1.8/I1.53逐渐增大。由于在Tm~(3+)和Er~(3+)间的能量传递有效地改变了红光和绿光的发射强度,473,521,655 nm的发光强度呈现先升高再降低的趋势,在Tm_2O_3掺杂摩尔分数为0.3%时达到最大值。而在980 nm激发下,由于Yb~(3+)对Er~(3+)和Tm~(3+)的能量传递起主要作用,使得其上转换红光(655 nm)、绿光(521 nm和544 nm)和蓝光(473 nm)的发光强度高于808 nm激发下的上转换发光。     

BaY_2ZnO_5:Tm~(3+)/Yb~(3+)荧光粉的试验优化设计合成及发光性质研究

为了获得BaY_2ZnO_5:Tm~(3+)/Yb~(3+)荧光粉材料的最大蓝色上转换发光强度,采用正交试验设计与二次通用旋转组合设计相结合的两步连续优化法对Tm~(3+)和Yb~(3+)掺杂浓度进行全局优化,得到该体系最强蓝光发射下的离子掺杂最佳浓度.采用高温固相反应法合成出蓝色上转换发光强度最强的BaY_2ZnO_5:Tm~(3+)/Yb~(3+)荧光粉材料,并对样品的晶体结构和上转换发光性质进行了研究.980nm红外光激发下,测量了最优样品在不同激发电流下的上转换发射光谱,由强度制约关系确定样品的蓝色上转换发光为三光子过程.测量了最优样品温度相关的上转换发射光谱,发现样品的蓝色上转换发光强度随着样品温度的升高而持续减弱,即发生了温度猝灭现象,计算得激活能约为0.602eV.     

3d~5金属离子共掺杂NaYF_4:Yb,Er纳米晶的上转换发光

采用水热法制备了Mn~(2+)/Fe~(3+)共掺杂的NaYF_4上转换纳米晶,通过改变掺杂浓度来调控晶相、晶粒尺寸以及上转换荧光发射强度。以Fe~(3+)共掺杂的上转换纳米晶为晶核,通过改变反应时间来调控SiO_2壳厚度,观察到上转换荧光发射强度在反应4 h的条件下出现最大值。Mn~(2+)/Fe~(3+)共掺杂的上转换纳米晶样品整体上转换荧光强度分别提高到3.7倍和4.5倍,同时Fe~(3+)共掺样品的红色上转换荧光增强近7倍。基于近红外980 nm激光激发下的稳态光谱研究,提出Yb~(3+)-过渡族离子和Er~(3+)之间的能量传递以及晶场对称性的改变引起了这种增强效应,随着过渡族离子掺杂浓度的增加,过渡族离子之间的交换相互作用导致上转换荧光的猝灭。     

基于合作能量传递的Sm~(2+)离子上转换发光

报道了Sm~(2+)离子的上转换发光。在实验上证明了变价镧系离子同样可以作为上转换材料的发光中心。在近红外光的激发下,复合Ba FCl_(0.5)Br_(0.5)∶1%Sm~(2+)-Ca F_2∶1%Yb~(3+)化合物发出红色上转换发光。上转换发射光谱中位于631,644,665,689,704,729 nm的特征发射分别来自于样品中Sm~(2+)的~5D_i(i=0,1)→~7F_j(j=0,1,2)特征跃迁。根据动力学分析及光子数拟合的结果,我们将二价Sm离子的上转换过程归因于合作能量传递,即:两个同时被激发的Yb~(3+)离子合作将能量传递给一个Sm~(2+)离子。     

Er3+单掺、Er3+/Yb3+共掺杂Ca12Al14O32F2的 制备及上转换发光性质

利用高温固相法成功制备了Er~(3+)单掺、Er~(3+)/Yb~(3+)共掺杂Ca_(12)Al_(14)O_(32)F_2上转换发光样品。在980 nm激光激发下,Er~(3+)单掺和Er~(3+)/Yb~(3+)共掺杂样品均呈现出较强的绿光(528,549 nm)和较弱的红光(655 nm)发射,分别归因于Er~(3+)离子的~2H_(11/2),~4S_(3/2)→~4I_(15/2)和~4F_(9/2)→~4I_(15/2)能级跃迁。随着Er离子浓度的增加,单掺杂样品上转换发光强度先增大后减小,最佳掺杂浓度为0.8%。共掺杂Yb~(3+)后,Er~(3+)的发光强度明显增大。还原气氛下合成的样品上转换发光强度增大约两倍,可能和笼中阴离子基团变化有关。发光强度和激发光功率的关系表明所得上转换发射为双光子吸收过程,借助Er~(3+)-Yb~(3+)体系能级结构详细讨论了上转换发射的跃迁机制。     

磁控溅射制备Er~(3+)/Yb~(3+)共掺杂TiO_2薄膜的上转换发光特性

采用射频磁控溅射法制备得到Er~(3+)/Yb~(3+)TiO_2薄膜,980 nm的抽运源作用下上转换可以得到490 nm的绿光和670 nm的红光,上转换红、绿光发光强度受到烧绿石Er_xYb_(2-x)Ti_2O_7晶体的生成以及Er~(3+)/Yb~(3+)掺杂浓度的影响,实验表明,适量共掺杂Er~(3+)/Yb~(3+)可明显增强上转换发光,Er~(3+)在上转换发光中起主要作用,而引入敏化离子Yb~(3+)可以大大提高上转换发光效率,磁控溅射法制备的TiO_2薄膜声子态密度较小,从而抑制了无辐射跃迁过程,导致490nm绿光形成以及红光强度大于绿光强度。     

金属硫族簇基半导体中的Mn2+发光

锰离子相对稳定的发光特性及锰掺杂荧光粉的成功使得人们对锰离子发光的研究热情不减。本文综述了Mn~(2+)掺杂金属硫族簇基半导体中团簇结构、组分关联的Mn~(2+)发光特性。金属硫族簇基半导体具有原子级的精确结构,为探究Mn~(2+)发光的精确"构效关系"提供了理想模型。在Mn~(2+)掺杂的金属硫族簇基半导体中,Mn~(2+)附近键长和团簇组装方式的差异决定了Mn~(2+)配位场强的变化,进而影响Mn~(2+)发光波长的变化。在Mn~(2+)掺杂的金属硫族纳米团簇中,Mn~(2+)的聚集形式和聚集体中Mn~(2+)的数量决定了Mn-Mn耦合相互作用的大小,直接影响Mn~(2+)发光效率、寿命及激发特性。     

基于NaYF4的近红外激发上转换发光材料的发光特性

将Yb~(3+)作为协助发光的敏化剂,Tb~(3+)和Tm~(3+)作为发光中心的激活剂分别加入到基质氟化钇钠中,通过水热合成法分别制成不同掺杂浓度的NaYF_4:Yb~(3+)/Tb~(3+)和NaYF_4:Yb~(3+)/Tm~(3+)双掺杂氟化物纳米发光材料,并通过扫描电子显微镜、X射线衍射以及荧光光谱等手段分别对NaYF_4:Yb~(3+)/Tb~(3+)和NaYF_4:Yb~(3+)/Tm~(3+)双掺杂氟化物材料纳米颗粒的形貌及其发光特性进行了研究.实验结果表明:系列样品的X射线衍射图谱衍射峰与标准卡片吻合得很好,实验浓度范围内Yb~(3+)/Tb~(3+)和Yb~(3+)/Tm~(3+)共掺没有改变NaYF_4的晶体结构.实验得到了该材料在980 nm激光激发下的上转换发光光谱并分析了该材料的上转换发光机理,NaYF_4:Yb~(3+)/Tb~(3+)在980 nm激光激发的情况下出现的蓝光,绿光以及红光,分别对应于~5D_4→~7F_6、~5D_4→~7F_5、~5D_4→~7F_1的辐射跃迁;NaYF_4:Yb~(3+)/Tm~(3+)在980 nm光源激发下出现强的480 nm的蓝光,对应的是~1G_4→~3H_6的电子跃迁能级带,在660 nm强的红光发射谱带,对应的是~1G_4→~3F_4能级跃迁辐射光.     

非稀土掺杂协同核壳包裹对氟化物纳米晶上转换发光性能的增强

为提高上转换纳米晶的发光效率,提出协同增强的策略,将核壳包裹和非稀土离子掺杂两种方式进行有效的结合,使上转换纳米晶的发光效率实现"1+12"的增强效果。以Na Gd F_4作为基质材料,Yb~(3+)和Er~(3+)分别作为敏化离子和发光离子,以Li~+离子和Na Gd F_4作为非稀土掺杂离子和包裹壳层来构建核/壳纳米结构,研究两种增强方式的协同作用对Na Gd F4∶Yb~(3+)/Er~(3+)纳米晶的上转换发光性能的影响。结果表明,Li+离子掺杂与包裹Na Gd F4壳层共同作用使得β-Na Gd F4∶Yb~(3+)/Er~(3+)纳米晶的上转换发光增强了39倍,明显优于单一方式的增强效果。通过一系列的优化实验结果发现,Li+离子的最佳掺杂摩尔分数为4%。基于以上实验结果,给出了非稀土离子掺杂核壳纳米晶协同增强上转换发光效率的机理。     

Yb~(3+)/Tm~(3+)共掺的硅酸盐玻璃上转换发光性能

采用高温熔融法制备了掺杂不同比例Yb~(3+)和Tm~(3+)的硅酸盐玻璃。吸收光谱表明,Yb~(3+)和Tm~(3+)在300~1 100 nm的吸收过程彼此不干扰。研究了玻璃样品在980 nm LD泵浦下的上转换发光行为,结果表明:Yb~(3+)/Tm~(3+)在477 nm(1G4→3H6)发射强烈的上转换蓝光,在654 nm(1G4→3F4)发射较弱的红光,在795 nm(3H4→3H6)发射微弱的红外光。提高Yb~(3+)的比例均能够提高477 nm蓝光、654 nm红光和795 nm红外光的发射强度。研究分析了上转换发光强度与激光器泵浦功率之间的关系,结果表明上转换蓝光和红光发射均为三个光子过程,红外光发射为两个光子过程。分析了Yb~(3+)、Tm~(3+)在硅酸盐玻璃中上转换发光的机制。     

Ho~(3+)/Yb~(3+)共掺杂氟锗酸盐玻璃中红外光谱性质研究

研究了Ho~(3+)/Yb~(3+)掺杂的氟锗酸盐玻璃在980nm激光二极管抽运下的中红外2.0μm、2.85μm和可见上转换发光特性以及两种稀土离子之间的能量转移机理。在氟锗酸盐玻璃中掺杂1%(物质的量分数)Ho_2O_3和9%Yb_2O_3的样品中,获得了增强的中红外2.0μm和2.85μm发光。测得Ho~(3+)的2.0μm荧光寿命为6.19ms,理论计算得到Ho~(3+)在2023nm处最大发射截面面积为6.6×10-21 cm~2。研究结果表明,Ho~(3+)/Yb~(3+)掺杂的氟锗酸盐玻璃是一种合适的中红外2.0μm和2.85μm激光材料。     

Pb~(2+)掺杂导致的CaF_2中Yb~(3+)离子三聚体合作发光猝灭

利用978 nm近红外光激发样品Ca F2∶Pb2+,Yb3+,在室温下观察到二价Pb2+离子在383 nm附近的紫外上转换发光。该发射峰对应于Pb2+离子的3P0"1A1g(1S0)跃迁。瞬态光谱测量结果表明:在这个材料体系中,Pb2+离子的激发来自于Yb3+离子三聚体的合作敏化。但是随着Pb2+离子掺杂浓度的提高,Yb3+离子三聚体遭到结构性破坏,导致其合作发光减弱。本文首次利用Pb2+离子掺杂造成Yb3+离子三聚体的结构性破坏,从而引起合作荧光猝灭,并对在Ca F2基质中因其他二价离子的掺入而造成的Yb3+三聚体合作发光猝灭给予了合理的解释。     

Tm~(3+)/Yb~(3+)共掺氟氧化物碲酸盐玻璃的上转换发光及光学温度传感

采用高温熔融淬火法成功的合成了Tm~(3+)/Yb~(3+)共掺杂的含有不同浓度Tm~(3+)的氟氧化物碲酸盐玻璃.测量了样品的吸收光谱,结果表明Yb~(3+)和Tm~(3+)成功掺入到玻璃基质中.在980nm激发下,样品在801nm(3H4→3H6)发射最强,在476nm(1G4→3H6)和651nm(1G4→3F4)发射较弱;分析了上转换发光强度与Tm~(3+)浓度依赖关系,确定了上转换发光的最佳掺杂浓度为0.1%Tm2O3;探讨Tm~(3+)的上转换发光机理和Tm~(3+)的浓度猝灭机理,结果表明在980nm激发下Tm~(3+)获得的能量主要来自于Yb~(3+)→Tm~(3+)的量传递,Tm~(3+)的浓度猝灭机理为Tm~(3+)-Tm~(3+)之间的交叉弛豫导致的无辐射能量传递,根据能量匹配的原则,给出可能的交叉弛豫通道.此外,在980nm激发以3F2,3和3H4作为热耦合能级研究分析了Tm~(3+)在氟氧化物碲酸盐玻璃中的温度传感性能,结果表明灵敏度随温度的升高而升高,说明Tm~(3+)掺杂的氟氧化物碲酸盐玻璃可以作为光纤传感材料,且在高温灵敏度更佳.     

X射线激发深层肌体温度传感材料La_2O_2S∶Yb~(3+),Er~(3+)的测温性质研究

Yb~(3+)、Er~(3+)共掺杂上转换发光材料能被红外光激发,可用于肌体内部温度测量,但上转换材料效率较低,无法实现较深组织温度探测。考虑到Er~(3+)能级可被多种光源布居,较好肌体穿透性的X射线无疑是理想的激发源。本文首次报道了一种新型的深层肌体温度传感材料La_2O_2S∶Yb~(3+),Er~(3+)。数据表明,X射线激发下,在不同温度下的两个绿光发射强度比符合玻尔兹曼分布,最高测温灵敏度达到了0.011 5 K~(-1)。我们相信Yb~(3+)、Er~(3+)共掺的La_2O_2S是可以应用于临床的理想测温材料。     

Er~(3+)/Tm~(3+)/Yb~(3+)共掺杂BaGa2ZnO5粉末的上转换发光

对Er~(3+)/Tm~(3+)/Yb~(3+)共掺杂BaGa_2ZnO5粉末的上转换发光特性进行了研究。首先,通过不同的制备工艺研究了BaGa2ZnO5粉末的生成条件。XRD分析表明,由于ZnO的高温分解,必须密封烧结并增加ZnO用量才能制备出BaGa2ZnO5。其次,测量了Er~(3+)/Tm~(3+)/Yb~(3+)共掺杂BaGa2ZnO5粉末在980nmLD激发下的上转换发射光谱,发现存在8个较强上转换发射峰,其中480nm和798nm对应于Tm~(3+)离子能级跃迁,其他上转换峰对应于Er~(3+)离子能级跃迁。另外,测量了980nmLD不同激发功率对应的上转换发射峰强度,并根据激发功率-上转换强度曲线拟合得到了各发射峰对应的多光子吸收过程。最后,根据上转换发射光谱和CIE1931标准数据计算了样品粉末的色坐标为(x=0.4151,y=0.4794) ,比较接近白光色坐标,说明所制备的粉末样品具有产生上转换白光的前景。     

高温退火对GdF3:Yb3+,Er3+晶型的转变及上转换发光性能的影响

采用共沉淀法制备了立方相GdF_3∶Yb~(3+),Er~(3+)颗粒,并对其进行不同温度的退火处理。通过XRD、SEM、TG-DSC以及PL等分析了不同温度退火对颗粒的形貌、尺寸、晶体结构及上转换发光性能的影响。研究结果表明,立方相GdF_3∶Yb~(3+),Er~(3+)晶型在740.15℃转变为立方相NaGdF_4∶Yb~(3+),Er~(3+),相比于未经过退火处理的样品,在980 nm红外光激发下,高温退火后能有效提高发光性能,并且随着温度的提高呈现先升后降趋势,在800℃达到最大值,红绿光比例(R/G)由0.09上升到4.55。借助能级跃迁模型,分析认为随着退火温度升高,颗粒团聚致使粒径尺寸由100～300 nm增加到5～8μm、晶体结晶度提高、高温下由立方相GdF_3∶Yb~(3+),Er~(3+)晶型转变为立方相NaGdF_4∶Yb~(3+),Er~(3+)晶型均能提高颗粒上转换发光能。     

白色荧光粉CaF2∶Yb3+/Eu3+/La3+的制备及其上转换发光特性

采用改进的两步高温固相熔融法制备了Yb^3+、Eu^3+、La^3+共掺杂CaF 2的上转换荧光粉。基于荧光猝灭原理,通过改变La^3+掺杂浓度来调节CaF 2∶Yb^3+/Eu^3+材料的发光性能,并在980 nm近红外光激发下,获得了该材料的白色上转换发光(UCL)。在该发光体系中,Yb^3+不仅起到了敏化Eu^3+的作用,同时,Yb^3+二聚体(Yb^3+-dimer)自身合作发出波长范围480~540 nm的绿色荧光。而白光三基色中的绿光正是来自Yb^3+二聚体的合作发光。Eu^3+则作为激活剂,同时发出红色和蓝色荧光。荧光寿命测试结果表明Yb^3+-dimer与Eu^3+之间存在有效的能量传递。值得注意的是,在980 nm激光激发下,1%La^3+掺杂的样品表现出最佳的红、绿、蓝三基色光比列,实现了材料的上转换白光发射,其色度坐标为(0.311,0.340)。     

Near-ultraviolet Upconversion Luminescence in CaF2∶ Yb3+, Er3 + Nanocrystals

研究了Er3+和Yb3+共掺杂的CaF2纳米材料的制备及其紫外上转换发光性质.在980 nm二极管激光器激发下,该材料可发出相对较强的紫外和绿色双色上转换发光.研究了敏化离子Yb3+以及发光中心离子Er3+掺杂量对该材料紫外上转换发光相对强度的影响,并进一步对该材料紫外上转换发光增强的可能机制进行了探讨.     

Cr3+、Yb3+共掺杂LaSc3(BO3)4近红外荧光粉的发光与器件性能

荧光粉转换型宽带发射近红外LED在食品检测、生物医药、安防监控等领域具有重要的应用价值。本工作介绍了一种具有宽带近红外发射的LaSc_3(BO_3)_4∶Cr~(3+)(LSB∶Cr~(3+))荧光粉,在460 nm蓝光激发下,其发射覆盖650～1 200 nm范围,半高宽达到170 nm。在此基础上,通过Yb~(3+)共掺,有效提升了其发光性能,其中发射峰半高宽拓宽到223 nm,最高发光量子产率由14%提升至35%,发光热稳定性也得到显著提高。基于荧光粉的发光量子产率、荧光寿命和发光热稳定性等数据分析,发现Yb~(3+)共掺杂对材料发光热稳定性的改善主要源于Cr~(3+)与Yb~(3+)之间的高效能量传递,并且Yb~(3+)在基质材料中表现出更好的热稳定性。最后,将LSB∶Cr~(3+),Yb~(3+)荧光粉与蓝光LED芯片结合,制备成近红外LED器件,在60 mA驱动电流下,近红外输出功率达16 mW。以上结果表明,LSB∶Cr~(3+),Yb~(3+)荧光粉是一种潜在的近红外LED用发光材料。