Cr离子掺杂超宽带近红外发光材料的设计方法

【目的】Cr离子掺杂近红外(near-infrared,NIR)荧光材料在食品安全、医疗诊断、现代农业与环境保护等各领域广泛应用,获得研究人员的大量关注。NIR荧光材料的发射带宽对近红外光谱技术检测分析的灵敏度和检测范围至关重要,为获得Cr离子激活的超宽带NIR荧光材料,分析Cr离子的价态和晶格格位占据,理解发光构效关系,对实现新型Cr离子激活的超宽带NIR荧光材料具有重要意义。【研究现状】综述NIR荧光材料中Cr离子的常见价态,总结Cr离子掺杂超宽带NIR荧光材料的设计方法,概括不同方法制备材料的发光机制,对比不同近红外荧光材料设计方法的优缺点。【结论与展望】认为选取弱晶体场环境基质材料,进行晶格位点调控是获得高效Cr离子掺杂超宽带近红外发光材料的有效方法。

红色和近红外发光染料的微量合成及其发光性能的测定

通过几十毫克级别的微量反应,在相同的反应条件下,分别合成了两种同时具有光致发光和化学发光性能的功能染料。红色的染料具有红光发光性能,而蓝色染料具有近红外发光性能。通过紫外光谱仪和荧光光谱仪测定了其紫外-可见吸收光谱、荧光发射光谱和化学发光光谱。本实验通过薄层色谱监测了反应的进程,并用制备薄层色谱板分离纯化了产品,尽量减少染料合成可能带来的污染。采用红色和绿色激光笔分别照射染料的溶液和含有染料的薄膜,可以直观观察到光致发光现象。绿色激光可以被红色染料吸收,通过光致发光现象转化为红光。而红色激光可以被近红外发光染料直接转化为近红外发光。在化学发光体系中,两种染料分别发出了明亮的红光和近红外光。本实验将光功能材料引入本科教学实验中,不仅锻炼了学生微量有机合成和分离的技术,更能激发学生的好奇心,增强实验的趣味性。

蓝光激发的KMgF_(3)∶Cr^(3+)/Ni^(2+)基透明微晶玻璃超宽带近红外发光

近红外光谱技术在食品科学、信息安全、生物医疗等重大国计民生领域的应用对近红外光源提出了越来越高的要求。研发具有高效超宽带发射的近红外光源因此成为一项重要且迫切的研究课题。本文采用熔融淬火法在氟硅酸盐玻璃体系SiO_(2)-K_(2)CO_(3)-KF·2H_(2)O-MgF_(2)中成功析出了钙钛矿型KMgF_(3)纳米晶体。通过改变玻璃组分和热处理温度可以调控氟化物纳米晶相的析出,得到析晶和透明度最佳的微晶玻璃样品。玻璃中KMgF_(3)纳米晶体为Cr^(3+)和Ni^(2+)提供了稳定的八面体配位和低声子能量发光环境,在450 nm蓝光激发下,基于Cr^(3+)到Ni^(2+)的能量传递实现了Cr^(3+)(700~1200 nm)和Ni^(2+)(1400~1700 nm)双宽带近红外发射,并且双宽带近红外发光强度随离子掺杂浓度而可调变化。荧光光谱和荧光衰减曲线表征证明了Cr^(3+)到Ni^(2+)的能量传递过程,对应的能量传递效率为52.2%,能量传递机制为电子偶极-四极相互作用。研究结果不仅可以为系统掌握透明光学材料的超宽带发光规律提供基础数据,同时有助于设计开发低成本、高效率的近红外宽带光源。

薄膜ZnS:Er^(3+)的近红外发光

报道了用分舟热蒸发法研制的掺铒硫化锌薄膜器件的电致近红外发光特性，用Ｘ射线衍射技术对薄膜的微观结构进行研究，指出了掺铒薄膜发光与薄膜微结构的关系．

Ce^(3+)和Yb^(3+)共掺杂的Y_3Al_5O_(12)可见及量子剪裁近红外发光性质

室温下观察了YAG∶Ce和YAG∶Ce,Yb材料在可见以及近红外区域的发光特性,并通过对Ce3+的5d能级辐射跃迁寿命以及Yb3+的2F5/2能级布居时间和辐射跃迁寿命的比较研究,提出了光诱导的电荷转移态以及电荷转移辐射跃迁的能量传递机制,同时借助于能级图描述了从Ce3+到Yb3+的量子剪裁近红外发光过程。

稀土-PAN配合物的近红外发光研究

金属指示剂 1 ( 2 吡啶偶氮 ) 2 萘酚 (PAN)对Ln3 + (Ln3 + =Yb3 + ,Nd3 + 和Er3 + )的近红外发光有不同的敏化作用 ,不论在固体还是在溶液中 ,PAN分子都可显著地敏化Yb3 + 离子的发光 ,对Er3 + 离子的发光也有一定的敏化作用 ,但不能敏化Nd3 + 离子的发光。溶剂的种类对配合物溶液的近红外发光强度有非常明显的影响。根据配体三重态能级与Ln3 + 的发射能级匹配的原理和浓度猝灭效应 ,对不同条件下Ln

YAG粉末材料中Cr^(3+)敏化的Yb^(3+)近红外发光性质

采用高温固相反应法合成了YAG∶0.02Cr3+,y Yb3+系列粉末材料,研究了该系列材料在近红外区域的发光特性,主要包括Cr3+,Yb3+的发光性质、Cr3+∶4T2和Yb3+∶2F5/2能级辐射跃迁寿命以及其布居时间的比较,给出了Yb3+最佳掺杂量为10%。实验表明:通过Cr3+→Yb3+能量传递,实现了Yb3+在1 000 nm附近近红外发光的增强,这对进一步提高c-Si太阳能电池转换效率打下了坚实基础。

MgWO_4:Nd^(3+)的水热合成及近红外发光性能研究

采用水热法制备MgWO4:Nd3+近红外发光材料。通过XRD,SEM和发光光谱等手段对样品的物相、形貌、发光性质进行表征。XRD测试结果表明:水热法制备MgWO4:Nd3+在850℃以上煅烧时,四方晶系转变为单斜晶系;1050℃煅烧后,SEM显示样品形貌由片状变为棒状且分散良好;激发和发射光谱的对比研究表明,MgWO4:Nd3+中WO42-对Nd3+存在有效的能量传递。研究了Nd3+的掺杂量、煅烧温度、煅烧时间对材料近红外发光的影响。结果表明:在1050℃煅烧时,Nd3+掺杂量为0.5%时发光最强;随着煅烧温度的升高,MgWO4:Nd3+的近红外发光强度先增强后减弱,而煅烧时间对发光强度影响很小。

Bi^(3+)掺杂对YVO_4:Yb^(3+)近红外发光的敏化作用

用主温固相法合成了Yb^(3+)、Bi^(3+)共掺的YVO_4,研究了Bi^(3+)的掺入对YVO_4:Yb^(3+)发光光谱的影响和近红外发光的敏化作用.X射线衍射图谱研究表明:掺入Yb^(3+)、Bi^(3+)之后,基质YVO_4的晶格结构没有发生明显变化.Bi^(3+)的掺入不仅显著增强了样品中Yb^(3+)的特征远红外发光强度,还使YVO_4:Yb^(3+)激发光谱的范围红移,当Bi^(3+)掺入的摩尔分数从0增加到0.05时,样品的最强激发峰位置从335nm红移至352 nm,激发光谱范围由300-360 nm扩宽至300-430 nm.优化的Bi^(3+)掺入量为0.03.初步讨论了VO_4^(3-),Bi^(3+)Yb^(3+)间的能量传递机理.结果表明Bi^(3-)的共掺使YVO_4:Yb^(3+)样品对长波紫外光的响应性能大大改善,作为一种基于量子剪裁的光谱转换材料,可以更好地匹配太阳光的能量谱,有助于提高硅太阳能电池的光电转换效率.

ACaPO_4:Eu^(2+),Nd^(3+)(A=Li,K,Na)的近红外发光与能量传递

采用高温固相法制备了ACaPO4∶Eu2+,Nd3+(A=Li,K,Na)系列近红外发光材料,研究了材料中Eu2+对Nd3+的近红外发光的敏化作用。发现共掺Eu2+后,材料的Nd3+的近红外发光显著提高。同时考察了ACaPO4∶Eu2+可见荧光性能、ACaPO4∶Eu2+,Nd3+近红外荧光发光性能及其荧光寿命,研究了不同Eu2+的发射波长对Nd3+近红外发光的敏化效果,分析探讨了ACaPO4体系中Eu2+-Nd3+之间的能量传递机理。在ACaPO4(A=Li,K,Na)中,随基质的不同,Eu2+的发射峰有逐步红移的现象,与Nd3+的不同激发峰重叠程度也会发生明显的变化,表明Eu2+的荧光发射波长是影响能量传递的一个重要因素,可以推测发射波长处于500～550 nm之间的Eu2+对Nd3+近红外发光具有最佳的敏化效果。

Yb-邻菲啰啉曙红三元配合物近红外发光测定Yb^(3+)

介绍了Yb 邻菲口罗啉 曙红三元配合物的发光性质,并应用这一特性建立了一种新的Yb3+的分析方法。研究结果表明:这一三元配合物具有良好的发光特性,曙红对Yb3+发光具敏化作用。测定Yb3+的检出限可达8.0×10-7moL L,线性范围为8.0×10-7～2.6×10-5moL L,回收率为102%。

含Nd(Ⅲ)配合物的合成、结构及近红外发光性能

采用恒温磁力搅拌的方法,以1,10-菲啰啉(phen)、对氨基苯甲酸为配体,合成了1种Nd(Ⅲ)配合物[Nd(p-NH2C6H4CO2)3(p-NH2C6H4CO2H)(phen)2].2H2O.2phen,通过X光单晶衍射仪确定了该配合物的晶体结构.并在室温下测定了固态粉末的IR,UV-Vis-NIR光谱以及激发和发射光谱.该配合物在近红外区表现出明显的Nd(Ⅲ)离子特征发射,这主要归功于配体的敏化作用.

1-(2-吡啶偶氮)-2-萘酚-镱二元络合物近红外发光法测定镱

基于金属指示剂 1 (2 吡啶偶氮 ) 2 萘酚 (PAN)对稀土离子Yb3+ 的近红外发光的敏化作用 ,建立了Yb3+ 的定量分析方法。方法的线性范围为 1 .0× 1 0 - 6 ～ 8.0× 1 0 - 6 mol L,检测下限为 1 .0× 1 0 - 6 mol L ,相对标准偏差为 3 .2 %。该方法适用于在混合稀土样品中选择性地测定Yb3+ 的含量。

Bi_2O_3-SiO_2玻璃及玻璃陶瓷近红外发光性能的研究

采用高温熔融法制备了Bi2O3-SiO2玻璃及玻璃陶瓷,测试了样品的近红外光区及可见光区的发射谱、激发谱及荧光寿命。在808 nm波长光的激发下,Bi2O3-SiO2玻璃及玻璃陶瓷中均发现了近红外发光。当Bi2O3含量较低时(30mol%、40mol%、50mol%),发光中心位于1336 nm(或1300 nm),为宽带发光;随Bi2O3含量的增加,1070 nm左右出现了窄带近红外发光峰,且逐渐成为最强发光峰,与此同时,1336 nm(或1300 nm)的宽带发光转变为窄带发光。1336 nm(或1300 nm)与1070 nm发射峰的荧光寿命及激发谱均存在较大的区别,初步分析认为这两个发射峰归属于不同的发光中心,1336 nm(或1300 nm)发射峰源于低价态Bi离子。

系列Ln(Ⅲ)配合物的合成、晶体结构及近红外发光[Ln(Ⅲ)=Ho,Er,Nd]

采用水热及常规方法合成了3个双核稀土配合物Ho2(C7H4O2Cl)6(phen)2(1),Er2(C7H4O2Cl)6(phen)2(2),Nd2(C7H4O2Cl)6(phen)2(H2O)2(3).对3种配合物的单晶进行了X-射线衍射分析,确定了它们的结构.3种双核Ln(Ⅲ)的配合物结构上的共同特征是:每个Ln(Ⅲ)离子均为8配位,2个Ln(Ⅲ)离子均由4个对氯苯甲酸根桥联;另2个对氯苯甲酸根均作端配体,配位方式不尽相同.重点研究了它们在近红外区的发光性能.此外,对这3个配合物的IR,UV-VIS-NIR和FP进行了测定和分析.

水热法制备近红外发光NaLa(WO_4)_2∶Ln(Ln=Er,Nd)球形粒子的研究

利用水热法制备了NaLa(WO4)2∶Ln(Ln=Er,Nd)球形粉末,分别用XRD,TEM和发光光谱等对粉末的物相、形貌、发光性质进行研究。XRD和SEM结果表明:制得的NaLa(WO4)2∶Ln(Ln=Er,Nd)粉末为白钨矿晶型,分散性良好,粒度均匀,呈规则的球形,粒径为1μm左右。发光光谱的测试表明:样品的最佳掺杂浓度为1.0%;随着煅烧温度的增加,样品发光强度逐渐增大;700℃下煅烧时最佳煅烧时间是4 h。

稀土-铬蓝黑R配合物体系的近红外发光研究

研究了金属指示剂铬蓝黑R对Yb3 + 的近红外发光的敏化作用。结果表明 ,在中性乙醇溶液中 ,铬蓝黑R和Yb3 + 离子可形成配比为 2∶1的配合物。配合物的形成可猝灭配体铬蓝黑R的荧光 ,同时使Yb3 +离子的荧光得到显著增强。表现出配体向Yb3 + 离子传能的机理。在一定条件下 ,配合物体系中Yb3 + 离子的发光强度与Yb3 + 离子的浓度成正比 ,同时其他低浓度稀土离子的存在不会影响Yb3 + 离子的发光 ,显示出近红外发光技术在单一稀土分析中良好的应用前景。

GaP纯绿发光二极管的近红外发光研究

本文测量了GaP纯绿发光二极管在室温和液氮温度下的近红外发光光谱,观测到许多重叠的宽带发光.按高斯线型对光谱进行拟合,将其分解为6个发光谱峰,讨论了这些深能级发光的来源和它们对GaP发光二极管的发光强度的影响.

铒近红外发光的瞬态特性

报道了用分舟热蒸发研制的掺铒硫化锌薄膜器件的电致近红外发光的瞬态特性，首次运用多段式指数衰减公式与高斯函数复合，描述薄膜发光的瞬态过程，理论结果与实验数据十分接近，证实薄膜的定域能级对器件的弛豫发光产生了影响．

Er^(3＋)/Yb^(3＋)共掺氟磷酸钙纳米微晶玻璃的高效近红外发光性质研究(英文)

本文制备了Er3+/Yb3+共掺的透明氟磷酸钙纳米微晶玻璃,并对其近红外发光性质进行了研究。样品经过热处理后,经X射线衍射和透射电镜测试发现:玻璃基质中均匀地析出了20 nm左右的Ca5(PO4)3F晶体,并且稀土离子进入到了析出的纳米晶相中.同热处理之前的样品相比,在808 nm和980 nm激光的激发下,Er3+/Yb3+共掺的微晶玻璃在1.54μm处产生很强的近红外发光,其半高宽高达75 nm.另外,我们对微晶玻璃的近红外发光与Er3+和Yb3+浓度的关系进行了研究.由于其具有高效的近红外发光,表明Er3+/Yb3+共掺的氟磷酸钙纳米微晶玻璃是一种潜在的激光和光放大材料.