真空紫外-紫外光激发下的Na_2SO_4:TbF_3的发光性质

在空气中900℃温度下,对纯天然无水芒硝(Na2SO4)和TbF3的混合粉末加热20min,制备了Na2SO4:TbF3发光材料。并测量了在室温中真空紫外-紫外光下的发射和激发光谱。发射光谱有一系列由于Tb3+离子的5D4→7FJ(J=6,5,4,3,2)和5D3→7FJ(J=6,5,4,3,2)跃迁发射峰。通过监测542nm处发光得到的激发光谱,分别由Tb3+离子4fn→4fn-15d跃迁(187,193,218nm),基质吸收(165,200,240nm)引起的强激发谱和禁戒的f-f跃迁产生的弱激发谱组成。在TbF3的掺杂量在0.3%～2%范围内,随着Tb3+离子掺杂量的增加,真空紫外区的激发谱相应地逐渐增强。

一种新型可协调绿色荧光材料BaAl_2Si_2O_8∶Tb^(3+),Ce^(3+)的发光性质与能量传递（英文）

采用高温固相法制备了BaAl_2Si_2O_8∶Tb^(3+),Ce^(3+)系列的荧光材料,讨论了Tb^(3+),Ce^(3+)单掺及Tb^(3+),Ce^(3+)共掺样品的光谱性质及发光机理,分析了Ce^(3+)与Tb^(3+)之间的能量传递过程。通过对样品进行XRD,荧光光谱,色坐标等测试。结果表明,Tb^(3+),Ce^(3+)的掺杂没有改变BaAl_2Si_2O_8晶体的结构。BaAl_2Si_2O_8∶Tb^(3+)发出明亮的绿光,发光峰分别位于487,545,583和621nm对应于Tb^(3+)的5 D4→7 FJ(J=6,5,4,3)特征发射。Ce^(3+)的掺入没有改变BaAl_2Si_2O_8∶Tb^(3+)发射光谱的位置,但使其激发谱由窄带激发变成了宽带激发增加了谱带多样性,发光强度有了明显的增强,而且颜色也具有一定的协调性,使其在实际运用方面具有更大的灵活性。发光强度增强的原因不仅仅是因为Ce^(3+)的敏化作用,还与Ce^(3+)和Tb^(3+)之间存在能量传递有密切关系。通过猝灭法计算了,Ce^(3+)与Tb^(3+)之间的能量传递的临界距离为15.345nm,并且证明了能量传递是由偶极-偶极相互作用产生的。通过计算得到能量传递效率最高达到了76.04%。

蓝色长余辉材料CaAl_2O_4∶Eu^(2＋),Li~＋的发光性质

采用高温固相法制备了CaAl_2O_4∶Eu^(2+),Li^+发光材料,并讨论了掺杂Li+对CaAl_2O_4∶Eu^(2+)发光性质的影响。X射线衍射(XRD)和PL测试分析表明,在CaAl_2O_4∶Eu^(2+)中掺入Li^+后,Eu^(2+)的发光有一定的增强,而余辉时间则延长了4倍左右。通过热释光谱测量,分析了其陷阱能级的数量并估算了陷阱能级深度。结果表明,掺杂Li^+会在发光离子周围产生更多的电子陷阱,使陷阱的密度和深度增加,从而提高荧光粉的余辉性能。

Na_4Ca_4Al_6Si_9O_(24)∶Ce^(3+),Tb^(3+)荧光粉合成及其能量传递研究（英文）

天然方柱石是一种典型的硅酸盐类的发光矿石,针对天然高发光效率方柱石的生成条件及化学成份,采用高温固相法在1 100℃弱还原气氛下合成了Na4Ca4Al6Si9O24(方柱石),并合成了一系列掺杂Ce3+,Tb3+的荧光粉,对其晶体结构做了讨论。通过分别对单掺Ce3+,Tb3+和共掺Ce3+,Tb3+样品发光性质的研究,发现共掺杂的样品其在545nm处由于Tb3+的5 D+4→7 F5跃迁发光强度远远大于单掺Tb3的样品。最后通过掺杂不同浓度Ce3+样品发光性质的研究,以及其荧光寿命和能量传递机理分析,结果表明随着Ce3+掺杂浓度的变化,样品的Tb3+的5 D7 4→F5跃迁(545nm)发光强度及寿命也随着变化,并发现Ce3+对Tb3+存在能量传递,且当Ce3+和Tb3+的质比为0.02∶0.03时能量传递效率最高。通过色坐标的测量,发现随着Ce3+浓度的改变,样品的发光可在绿色区域进行调节。因此,认为Na4Ca4Al6Si9O24∶Ce3+,Tb3+荧光粉有望成为新型白光LED荧光粉。

Ce^(3+)掺杂斜长石Ca_2Al_2SiO_7的制备及发光性质研究

Ca2Al2SiO7属于斜长石类的钙铝硅酸盐矿物,和一般的氧化物发光材料基质相比,该种硅酸盐是一种稳定性更好、性能更优良的基质材料。文章通过高温固相反应成功合成了掺杂Ce3+的Ca2Al2SiO7荧光粉,并通过X射线衍射、稳态/瞬态荧光光谱仪对Ca2Al2SiO7:Ce3+荧光粉的性能进行了表征。结果表明,该荧光粉的晶体结构稳定;在362 nm紫外光激发下发出波峰位于406 nm处的强烈蓝紫色荧光,其最佳掺杂浓度为2 wt%,并发现量子效率高达95%,符合商用标准。

Eu^(3+)掺杂方钠石荧光材料的合成及发光特性

采用水热反应及后期热处理工艺合成了Eu3+掺杂方钠石结构的荧光材料Na8Al6Si6O24(OH)2·(H2O/NO3)2∶Eu3+。SEM图像显示,所合成的样品由一些长棒状和不规则多面体结构组成,平均粒径约为0.6μm和2μm。样品在394 nm(对应于Eu3+离子的7F0→5L6跃迁)激发下发出单色性较好的红色荧光,相应的色坐标值为(0.613 6,0.337 7),色纯度为85.5%,量子效率为0.36。随着Eu3+掺杂摩尔分数的增大,样品的红色荧光增强。当Eu3+摩尔分数超过7%时发生部分相变现象。发光热猝灭研究发现,样品的相对亮度和红色比在37~100℃内比较稳定。

Er^3+,Cr^3+共掺杂BaAl2Si2O8荧光粉的发光性质及能量传递

利用高温固相法合成BaAl2Si2O8:Cr^3+,Er^3+系列荧光粉,研究了Cr^3+和Er^3+掺杂对BaAl2Si2O8材料发光特性的影响.BaAl2Si2O8:Er^3+荧光样品在393 nm激发波长下只呈现出峰值为550 nm的绿色荧光,来源于2H11/2→4I15/2和4S3/2→4I15/2跃迁的叠加.BaAl2Si2O8:Cr^3+荧光样品在550 nm激发波长下呈现峰值为694 nm的红色荧光,来源于2E→4A2的跃迁.在共掺杂样品BaAl2Si2O8:Cr^3+,Er^3+中,用Cr^3+激发峰的凹槽处380 nm作为激发光,得到的发射峰不仅有Er^3+的发射峰位,还有Cr^3+的发射峰位,说明两个离子之间可能存在辐射能量传递;对共掺杂BaAl2Si2O8:1%Cr^3+,x%Er^3+样品的荧光光谱进行测试,随着x的增加,Cr^3+的激发和发射光谱强度均有所增加,并且当x=0.5时,光谱强度是原来的4倍.另外,当固定Cr^3+的浓度时,随着Er^3+的浓度增加,Cr^3+的荧光寿命逐渐增加;当固定Er^3+的浓度时,随着Cr^3+的浓度增加,Er^3+的荧光寿命逐渐减小.这些现象表明了Er^3+和Cr^3+之间存在共振能量传递,通过理论计算得到Er^3+和Cr^3+之间的能量临界距离为4.5 nm,属于电偶极-电偶极相互作用.

Sr_(2-x-y)Al_2SiO_7∶x%Sm^(3+),y%Li^+荧光粉的合成与发光特性研究

硅铝酸盐由于其化学性质稳定、原材料易得,是发光材料的一种有效基质,所以受到广泛关注。其中,硅铝酸锶(Sr_2Al_2SiO_7)属于四方晶系,具有稳定的晶体学结构。Sm^(3+)作为一种常用的激活剂,其特征峰在波段300～750 nm内都有分布,有些特征激发峰位于近紫外光区,在近紫外区有强的吸收。因此,以Sr_2Al_2SiO_7为基质、 Sm^(3+)为激活剂可以制备出符合LED要求的红色荧光粉。本工作采用高温固相法合成一系列Sr_(2-x-y)Al_2SiO_7∶x%Sm^(3+),y%Li^+荧光粉。通过X射线衍射(XRD)、光致荧光光谱(PL)、绝对量子效率测量系统对样品的晶体结构、发光特性以及内量子效率进行表征和测量,并且对样品的XRD进行精修,色纯度计算。结果表明:合成样品均为单相Sr_2Al_2SiO_7,掺杂Sm^(3+)和电荷补偿剂Li^+后,没有引起相变。相对于其他阳离子Sm^(3+)(r=1.079Å)、 Li^+(r=0.920Å)的半径与Sr^(2+)(r=1.260Å)半径最为相近,因此更容易替代Sr^(2+)的格位,并且两种离子半径比Sr^(2+)小而使得样品晶体结构参数a,b,c和v逐渐减小。样品的最佳激发峰在403 nm处,相比于Ca_3Y_2(Si_3O_9)_2∶Sm^(3+)的激发峰出现了3 nm蓝移,表明样品在近紫外光下有较强的吸收,这种长紫外波长的光有利于在照明领域的应用。在403 nm近紫外光激发下,可以看出,在500～750 nm范围内, Sm^(3+)的发射峰位于564 nm(~4G_(5/2)→~6H_(5/2)), 601 nm(~4G_(5/2)→~6H_(7/2)), 648 nm(~4G_(5/2)→~6H_(9/2))和713 nm(~4G_(5/2)→~6H_(11/2)),其中601 nm发射峰强度最大,使样品呈现强烈的橙红色光。发射峰在607与618 nm处出现劈裂现象,是因为晶体场的相互作用引起了能级劈裂。单掺Sm^(3+)的发射光谱强度随着浓度的增加先增大后减小,当掺杂浓度为2%时发光强度最大。利用Blasse提出的能量传递临界距离公式,计算得出临界距离R_C≈19.734Å,从而说明了浓度猝灭原因是Sm^(3+)之间的多级相互作用。根据Dexter理论,计算出多极相互作用函数θ≈6,表明Sr_(2-x)Al_2SiO_7∶x%Sm^(3+)的浓度猝灭机理是电偶极-电偶极(d-d)相互作用。为进一步提高发光强度,掺杂了电荷补偿剂Li^+,使晶体内部电荷达到平衡。实验结果表明, Li^+最佳掺杂浓度为2%,与未加入电荷补偿剂相比,发光强度提高了2倍并测试其内量子效率为43.6%。荧光粉色坐标均在(0.60, 0.39)附近,位于橙红色区域,具有较高色纯度(约92.2%)。该荧光粉在三基色白光LED中的红色成分有应用潜力。

Dy^3+掺杂Ga-Sb-La-S新型硫系玻璃和光纤制备及中红外发光特性

制备了一系列新型Ga2S3-Sb2S3-La2S3硫系玻璃,研究了玻璃的热学和光学性能;向优化的玻璃中掺杂Dy3+,研究了玻璃的中红外发光性能;基于优化的玻璃组成,拉制了纤芯/包层结构光纤,评估了其作为中红外激光增益介质的潜力。实验结果表明,Ga2S3-Sb2S3-La2S3玻璃具有宽的红外透过范围(约0.7~13.6μm)和高的线性折射率(约2.655~2.707),组成为20Ga2S3-75Sb2S3-5La2S3的玻璃具有最佳的抗析晶热稳定性。Dy3+掺杂的玻璃在2.95μm和4.40μm具有较高的发光量子效率和较大的受激发射截面。拉制的20Ga2S3-75Sb2S3-5La2S3∶0.05wt%Dy3+/20Ga2S3-74Sb2S3-6La2S3光纤透光范围为2~8μm,其背景损耗<8 dB/m。在1.32μm波长激发时,光纤显示出强的中红外发光。这些优异性能表明该玻璃光纤有望成为一种高效的中红外激光增益材料。

Tb^(3+)掺杂方钠石荧光粉的制备及发光性质研究

采用高温固相法制备了一系列Tb^(3+)掺杂方钠石荧光粉样品Na_8Al_6Si_6O_(24)Cl_2∶Tb^(3+)。通过XRD、SEM、荧光光谱、热猝灭分析仪对样品的晶体结构及其发光性能进行研究。样品晶粒由大小不等、形状不规则的多面体块状颗粒构成。样品在242 nm(对应于Tb^(3+)离子自旋允许的7FJ→9DJ跃迁)激发下发出单色性能较好的绿色荧光,相应的色坐标为(0.324 0,0.587 2),色纯度为87.4%,发光量子效率为0.74。随着Tb^(3+)掺杂浓度的增加,出现浓度猝灭现象。当浓度为5%时,样品的绿色荧光最强。研究结果表明,样品满足PDP器件的使用要求,可作为三基色材料中的绿色组分。

Al掺入来源Al(OH)_3和Al_2O_3对BaAl_2O_4∶Eu^(2+)发光及余辉调控的影响

本文采用高温固相法分别以Al(OH)_3和Al_2O_3为Al^(3+)的掺入来源合成了BaAl_2O_4∶Eu^(2+)发光材料。研究表明,掺Al(OH)_3样品发明亮的绿光而无余辉,掺Al_2O_3样品发蓝绿光有较强余辉,其余辉长达455 s。随着Al^(3+)掺入来源Al(OH)_3含量的增高,发射光谱发生红移现象。通过热释光谱分析得,Al_2O_3为原料的样品热释峰强度远远大于Al(OH)_3的热释峰,是它的十几倍。这证明Al(OH)_3为原料合成的材料内部存在的浅陷阱,对材料基本上没有余辉贡献。掺Al_2O_3合成的材料内部的深陷阱影响了材料发光的衰慢过程,表现为材料具有比较长的余辉持续时间。通过Al^(3+)的掺入形式及浓度的控制可以做到对BaAl_2O_4∶Eu^(2+)发光材料长余辉的调控,是很有应用潜力的发光材料。

Eu_2O_3掺杂天然方柱石蓝色长余辉发光特性

文章采用高温固相法在1000摄氏度弱还原气氛下制备了Eu^(2+)掺杂天然方柱石光致发光粉末。对天然方柱石的化学成分采用了电子探针能谱分析,采用X射线衍射(XRD)对所制备的样品进行结构表征分析,并观测了样品的发光性质。结果表明,掺杂Eu^(2+)的天然方柱石发出强烈的蓝色荧光,激发和发射光谱皆为宽带谱,发射谱峰值位于440 nm左右,对应于Eu^(2+)的4f^(65)d→4f^7跃迁,其余辉时间超过2分钟。最后通过对掺杂不同浓度Eu^(2+)样品发光性质的研究,认为最佳掺杂浓度为1.5 wt%。

含Mn天然方解石的低温光致发光特性

对未进行任何处理的某发光矿物通过电子探针,ICP光谱仪,X射线衍射仪(XRD)等仪器手段确定了化学成分与晶体结构;再对样品的发光机理以及室温和低温条件下的光致发光发射光谱进行了研究。结果表明:此矿物是天然方解石。其在255nm激发下642nm附近的橘红色荧光归属于Mn2+的4T2g→6A1g跃迁发射。波长在522nm的宽带归属于Mn2+的4T1 g→6A1g跃迁发射。随着温度的降低522nm波长处荧光强度急剧上升,而642nm波长处发光强度的增大不如522nm波长处迅速,但随着接近室温522nm波长处荧光峰趋于平坦。

Resonant energy transfer from nanocrystal Si to β-FeSi_2 in hybrid Si/β-FeSi_2 film

The photoluminescence （PL） characteristics of hybrid β-FeSi2/Si and pure β-FeSi2 films fabricated by pulsed laser deposition at 20 K are investigated. The intensity of the 1.54-μm PL from the former is enhanced, but the enhancement vanishes when the excitation wavelength is larger than the widened band gap of Si nanocrystal. Time-resolved PL decay measurements reveal that the lifetime of the photo-excited carriers in the hybrid β-FeSi2/Si film is longer than that in the pure β-FeSi2 film, providing evidence that the PL enhancement results from the resonant charge transfer from nanocrystalline Si to β-FeSi2.

跨数学学科实践:一道高考物理试题赏析

2023年湖南高考物理卷第15题体现了物理试题与数学学科的创新融合,将圆锥曲线与物理问题结合起来,不仅考察了学生的学习掌握、实践探索、思维方法,同时也考察了学生实践操作能力以及思维认知能力。根据该题进行相关题目的拓展延伸,从特殊到一般,将问题分为前后联系的“台阶”,从而能更好地理解此类问题,构建学科之间的桥梁。

First-principles study of electronic structure and magnetic properties of Sr_(3)Fe_(2)O_(5) oxide

We investigate the electronic structure and magnetic properties of layered compound Sr_(3)Fe_(2)O_(5) based on firstprinciples calculations in the framework of density functional theory with GGA+U method.Under high pressure,the ladder-type layered structure of Sr_(3)Fe_(2)O_(5) is transformed into the infinite layered structure accompanied by a transition from G-type anti-ferromagnetic(AFM)insulator to ferromagnetic(FM)metal and a spin transition from S=2 to S=1.We reproduce these transformations in our calculations and give a clear physical interpretation.

1540nm发光增强∶Er掺杂β-FeSi_2/Si薄膜

为了增强β-FeSi2薄膜的发光强度，通过脉冲激光轰击（PLD）β-FeSi2和Si靶材沉积于Si（111）面制备了优质的β—FeSi2／Si薄膜，薄膜表面光滑、平整，β—FeSi2颗粒尺寸在20～50nm左右。光致发光（PL）测试显示，β-FeSi2／Si薄膜在低温下（20K）在1540nm左右的近红外处有一较强发光峰，对应β-FeSi2带-带跃迁。对Si层进行掺杂Er^3＋处理，发现处理后的β-FeSi2／Si：Er薄膜发光强度得到明显地增强，掺入Er使β-FeSi2／Si薄膜非辐射复合中心得到有效地抑制，且β—FeSi2／Si：Er薄膜的红外发光来自Er^3＋离子的^4I13／2→^4I15/2的跃迁和β-FeSi2纳米颗粒带带复合的发光叠加。

案例教学在大学物理教学中的实践

案例教学是一种比较新颖的教学方法，打破了传统教学模式存在的弊端，注重师生之间的双边交流，实现了理论知识向实践技能的转变，在教学领域得到了广泛的应用，并取得了显著成效。笔者结合多年工作经验，对案例教学在大学物理教学中的实践进行了研究，并提出了一些个人意见和看法，供广大教育工作者借鉴和参考。

Ca_(1-x)Al_(2+x)Si_2O_8中Eu^(3+)和Eu^(2+)的发光行为研究

采用高温固相法制备Ca_(1-x)Al_(2+x)Si_2O_8:12%(摩尔分数)Eu^(3+)荧光粉,在紫外激发下得到红色与蓝色混合系列发光材料。通过调控Ca和Al的比例,结果显示:当x=0.3,即Ca_(0.7)Al_(2.3)Si_2O_8:Eu^(3+)为此发光材料的最佳比例,在λ_(ex)=296 nm激发下Eu^(3+)发光强度最大,λ_(ex)=319 nm激发下Eu^(2+)发光强度最大。有趣的是,在Eu^(3+)的五个特征峰中~5D_0→~7F_4(682 nm)的强度在之前的研究中没有出现与~5D_0→~7F_2(614 nm)相接近,但在我们的实验中观察到在296和319 nm激发下,~5D_0→~7F_4的发光强度与~5D_0→~7F_2已非常接近。通过监测682 nm与614 nm处的荧光寿命分别为1.99和1.84 ms,得出它们属于一个发光中心。通过色坐标的测量,此样品在蓝光区与红光区可进行调节,因此这种材料作为白光LED中的蓝色与红色荧光粉存在潜在的应用前景。

Photoluminescence properties and energy transfer of a single-phased white-emitting NaAlSiO_4:Ce^(3+),Sm^(3+)phosphor

A series of tunable phosphors NaAlSiO_4：Ce^（3＋）,Sm^（3＋） were synthesized using a conventional high-temperature, solid-state method. Crystal structure, photoluminescence excitation, and emission spectra with fluorescence decay curves were investigated. Under UV excitation（325 nm）, NaAlSiO_4：Ce^（3＋）,Sm^（3＋） showed strong blue emission located at 444 nm and orange-reddish emission centered at 563, 601, 648 and 712 nm, stemming from the characteristic emission for 4f-5d transition of Ce^（3＋） and ~4G_（5/2）→~6H_J（J=5/2, 7/2, 9/2, 11/2） transition of Sm^（3＋）, respectively. In addition, we studied the detailed energy transfer process between Ce^（3＋） and Sm^（3＋） and found that it belonged to dipole-dipole resonance energy transfer. Furthermore, we noted that the white light emitting from the Ce^（3＋）, Sm^（3＋） co-doped phosphors with the color coordinate（x=0.313, y=0.283） could be observed under 325 nm excitation, which was close to the ideal white light（x=0.33, y=0.33）. The results indicated that this phosphor has a potential application as a single-phased alumino-silicate phosphor for ultraviolet white light-emitting diodes（UV-WLEDs）.