掺Eu的γ-La_2S_3的低温合成机理及其发光特性研究

采用CS2硫化法制备γ-La2S3时,通过掺入Eu离子,使γ-La2S3的生成温度降低500℃以上,在700℃就能得到稳定的γ-La2S3。掺入的Eu离子,充当γ-La2S3成核的晶种,从而降低γ-La2S3的生成温度。一部分Eu2+通过不等价取代La3+,同时在晶格中形成S空位以保持电中性;另一部分Eu2+则填入γ-La2S3的S4四面体空洞,从而稳定了γ-La2S3的晶体结构,使其能够在1100℃下仍能保持稳定。在硫化反应过程中,Eu的掺杂使相变过程发生变化,La2S3不再经过β→γ相变,而直接由介稳相LaS2转变为γ-La2S3。光谱分析表明,在244nm紫外光激发下,掺Eu的γ-La2S3在280、390以及570nm处有3个发射带,且390nm发射峰非常强,可能源于缺陷发光,而Eu2+的发光很弱或不发光。

高压预处理对合成硫氧化物X射线发光材料的影响研究

采用陶瓷工艺学原理,对混合好的配合料进行高压预处理,合成了Gd2 O2 S∶TbX射线荧光粉,并研究高压预处理对合成硫氧化物X射线发光材料Gd2 O2 S∶Tb发光性能和物理特性的影响。对其进行光致发光(PL)谱、X射线激发发光(XEL)光谱、XRD、SEM研究。结果发现,高压预处理能有效降低合成温度,减小颗粒尺寸,并影响其颗粒分布及颗粒形貌,并使光致发光(PL)和X射线激发(XEL)发光强度有较大幅度的提高。由于比较致密,减少了碱金属离子和硫化物气氛的挥发,减轻对耐火材料和坩埚材料腐蚀程度。

含硅氮/氧化物基质白光发光二极管发光材料的研究进展

白光发光二极管(light emitting diode,LED)应用于常规照明的快速发展需要具有"暖"白光输出的高功率白光LED,而目前常用的氧化物基质发光材料,如:铈掺杂钇铝石榴石(cerium doped yttrium aluminum garnet,YAG:Ce)及Eu2+激活碱土硅酸盐很难满足该要求。因此,发展具有红色发光成分和优越温度特性的发光材料是当务之急。以SiO2,Si2N2O和Si3N4为基本反应单元,它可以与M'2O(M'=碱金属)、MO(M=碱土金属及Zn等)、Re2O3(Re=稀土,Al,B)、M'3N、M3N2、ReN、AlN及BN等反应,生成一系列的硅氮/氮氧化物基质发光材料,如:M'Si2N3,MSiN2,M2Si5N8,MSi2N5,Si3N4·ReN,Si3N4·2ReN,Si3N4·3ReN,Si3N4·6ReN,MReSi4N7,MAlSiN3,Si2N2O·MO,Si2N2O·3MO,Si2N2O·Re2O3,Si2N2O·2Re2O3,Si3N4·2MO,Si3N4·Re2O3,2Si3N4·Re2O3和SiO2·ReN……这些以(Si,Al)(O,N)4四面体为结构基元的硅氮化合物,具有比氧化物更高的化学稳定性及更强的共价性;某些5d→4f跃迁的稀土离子,如:Eu2+,Ce3+和Yb2+,在该基质材料中具有很宽的激发带和高效的长波长发射特性,并且它们的组成可以在很宽的范围变化而不改变其晶体结构,因此可实现从绿色到红色光谱范围的发光,如:氮氧化物可实现黄绿色发光,而纯氮化物可实现红色发光。因而,用该硅氮化合物发光材料封装的白光LED可实现"冷"白到"暖"白光输出,且对温度和驱动电流的变化不敏感,是目前色彩稳定性最高的白光–LED。本文综合评述了近年来硅氮/氮氧化物基质白光LED发光材料的研究结果与最近进展,系统地归纳、总结了硅氮/氮化物基质白光LED发光材料的晶体结构、发光性能、以及应用特性,并分析了目前国际上对该材料的研究动态及应用情况。

纳米Y_2O_2S∶Eu的燃烧法合成和Eu^(3+)离子荧光探针物相分析

将硝酸钇铕和较便宜的水溶性含硫燃烧剂溶于乙醇-水溶液,通过新的乙醇辅助燃烧法合成了一次粒径约20nm的硫氧化钇(Y2O2S∶Eu)发光材料。研究结果表明:采用硫代乙酰胺作为燃烧剂时,燃烧反应产物为Y2O2S∶Eu及微量的Y2O3∶Eu。而采用硫脲作为燃烧剂,燃烧反应产物为Y2O3∶Eu,Y2O2S∶Eu和/或Y2O2SO4∶Eu的混合物。利用Eu3+离子的5D0→7Fj跃迁导致的红色发光作为荧光探针,根据其在Y2O3(eλm=610nm),Y2O2S(eλm1=625nm,eλm2=615nm),Y2O2SO4(eλm1=613,eλm2=615nm)基质中的光致发光光谱和X射线发光光谱位置和强度不同,来确定生成物中Y2O3∶Eu,Y2O2S∶Eu,Y2O2SO4∶Eu物相的组成。

Ln_2O_2S∶Yb,Pr(Ln=Y、La)纳米材料的上转换发光研究

研究乙醇辅助燃烧法制备的纳米Ln2O2S∶Yb,Pr(Ln=Y、La)的上转换发光特性。Ln2O2S∶Yb,Pr纳米上转换发光材料在980nm激光泵浦下,呈现明亮的蓝绿色发光。Y2O2S∶Yb,Pr的发射光谱峰值为514nm,而La2O2S∶Yb,Pr的发射光谱峰值为508nm,属于Pr3+的3P0→3H4跃迁。这是由于Pr3+离子的5d轨道与4f轨道很接近,其f-f跃迁受Pr3+离子周围晶场环境影响很大,其上转换发光光谱在不同基质中有较大不同。

宽激发带稀土激活碱土金属硅酸盐发光材料特性研究

采用高温固相法合成了系列新的宽激发带发光材料M2MgSi2O7∶Eu,Dy(M=Ca,Sr);表征了各基质化合物的晶体结构;考察了碱土金属离子相互部分替代对晶体结构、光谱及发光特性的影响。荧光光谱和发光特性研究结果表明,该系列硅酸盐基质发光材料具有很宽的激发光谱,激发带均延伸到了可见区,紫外或可见光照射后可分别产生黄、绿、蓝不同颜色长余辉光发射。在450～480nm区域间可以非常有效地激发Ca2MgSi2O7∶Eu,Dy,于536nm处产生强光发射,与InGaN芯片的蓝光复合可产生白光,表明该体系可用作白光LED的黄光发射发光材料。

燃烧法合成Ln_2O_2S∶RE^(3+)(Ln=Gd,La;RE=Eu,Tb)X射线荧光粉及发光性能

采用燃烧合成法,以稀土硝酸盐和二硫代乙二酰胺为反应物,通过控制两者的摩尔比例,在点燃温度为300 ~350℃时,制备了掺杂不同浓度稀土激活剂离子的硫氧化物X射线荧光粉。分别以X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、光致发光(PL)光谱及X射线激发的发光(XEL)光谱对样品进行了表征。XRD分析表明,当热处理温度低于500℃时,可得到单一相的硫氧化物X射线荧光粉,这就避免了高温烧结的缺点;而当烧结温度较高时,开始有硫酸氧化物出现。从SEM图像中可以看到荧光粉粉末具有疏松和多孔连续的三维的网络块状结构,但其初级粒子尺寸较小,均小于50nm,这在一定程度上,可以提高成像系统的空间分辨率。PL光谱分析表明,所制备的荧光粉样品分别呈现出Eu3+,Tb3+离子的特征发射。XEL光谱结果表明,尽管它与光致发光的激发原理不一样,但同样呈现出Eu3+,Tb3+离子的特征发射;这些样品本身对X射线的吸收系数及掺杂浓度不一样,因此它们的光发射效率也有所差别。

YVO_4∶Yb^(3+),Er^(3+)纳米粒子颜色可控的高色纯度上转换发光

采用共沉淀法制备了四方相锆石型结构YVO_4∶Yb^(3+),Er^(3+)纳米粒子。粒子表面光滑,结晶良好,呈类球状,粒径~80 nm。在980 nm和1 550 nm红外激发下,粒子呈现类似的特征发射,峰位位于634~706 nm的红光和513~573 nm的绿色分别归因于Er^(3+)离子~4F_(9/2)→~4I_(15/2)和~2H_(11/2),~4S_(3/2)→~4I_(15/2)能级间的辐射跃迁。通过激发光波长控制,在同组分粒子中实现了颜色可控的高色纯度绿、红色发光,对应的绿红光和红绿光分支比分别高达29.5和37.97。借助能级跃迁模型,详细讨论了不同激发条件下的纳米粒子上转换发光的跃迁和变化机制。

乳状液膜法制备硫氧化物超细X射线发光粉

采用乳状液膜法制备了颗粒均匀的Gd-Tb草酸盐微粒,将草酸盐粒子放在硫气气氛下焙烧后得到Gd2O2S∶Tb超细X射线发光粉。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、红外(IR)光谱、光致发光(PL)光谱和X射线激发发光光谱(XEL)对微晶进行了表征。结果表明,900℃下焙烧后的粒子显示了单一的六角形Gd2O2S晶相,与传统固相法相比,有效降低了焙烧温度。根据谢乐公式,估算一次粒径为29nm,初级粒子尺寸较小,这在一定程度上可以提高成像系统的空间分辨率。从SEM照片来看,粒子显示了一定的团聚性,但团聚尺寸<5μm,为超细X射线发光粉。同时,在254nm紫外光和X射线激发下,Gd2O2S∶Tb发光粉都显示出Tb3+的特征发射峰,并且通过分析红外光谱对样品发光性能的影响作了详细的讨论。

Gd_2O_2S:Tb^(3+)X-射线纳米荧光粉的燃烧法合成

采用燃烧法,以稀土硝酸盐和二硫代乙二酰胺为反应物,在点燃温度为300-350℃时,制备了Gd2O2S:Tb3+X-射线纳米荧光粉。分别以X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、光致发光(PL)光谱及X-射线激发的发光(XEL)光谱对样品进行了表征。XRD分析表明,当焙烧温度小于500℃时,可得到单一相的Gd2O2S:Tb3+X-射线纳米荧光粉;当温度为700℃时,样品完全转变为Gd2O2SO4相。SEM照片给出荧光粉具有疏松和多孔的块状及连续的三维的网络结构。PL和XEL光谱均呈现出激活剂Tb3+离子的较强的特征发射,但它们的峰位略有差别。此外,本实验Tb3+离子的最佳掺杂浓度是0.35mol%。

α-ZnS:Mn纳米荧光粉热分解法制备及其发光性能

以Zn(NO3)2·6H2O(硝酸锌)、Mn(NO3)2·3H2O(硝酸锰)和Ddtc·3H2O(二乙基二硫代氨基甲酸钠)为原料,制得含硫金属有机配合物。将含硫金属有机配合物在不同反应溶液中,于200℃进行热解,制备了ZnS∶Mn纳米荧光粉。结果表明,样品为六方晶系的高温相α-ZnS∶Mn。在二甘醇加5mL油酸反应溶液中制得的ZnS∶Mn纳米材料紫外吸收峰最高,粒径更小。在323nm光激发下,看到了Mn2+的橘黄色发射峰(585nm)和ZnS的蓝色发射峰(450nm),随着Mn2+离子掺杂量增加,585nm发光强度先增加后减小,掺杂量为4%时达到最大值,而450nm发光强度变化与此相反。

Ca_3Y_2Si_3O_(12)∶Tm^(3+),Yb^(3+)上转换发光粉的制备与发光性能研究

采用高温固相法成功制备了Ca_3Y_2Si_3O_(12)∶Tm^(3+),Yb^(3+)上转换蓝色发光材料。在980 nm红外激光器激发下,发光粉呈现强烈的蓝光(475 nm)和近红外光(810 nm)以及较弱的红光(650 nm)发射,分别归因于Tm^(3+)离子的~1G_4→~3H_6、~3H_4→~3H_6和~1G_4→~3F_4能级跃迁。随着Yb^(3+)离子浓度的增加,发光粉上转换发射强度和发光亮度均呈现先增强后减弱的变化趋势。在最佳掺杂浓度下(Yb^(3+)摩尔分数为15%),蓝、红光强度分支比为12∶1,色坐标为(0.129 2,0.152 3)。在3.9 W/cm^2激发功率密度下,发光亮度可达6.8 cd/m^2。上述结果证实,所制备发光粉呈现优异的蓝光上转换发射特性并具有潜在的应用价值。发光强度和激发光功率关系表明,所得上转换发射为三光子和双光子吸收过程。借助Tm-Yb体系能级结构详细讨论了上转换发射的跃迁机制。

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。

980nm激发下Y2O2S：Ho3＋,Yb3＋纳米晶可见和红外发光特性研究

采用共沉淀法,结合固-气硫化工艺制备出六角晶系结构的类球形Y2O2S∶Ho3+,Yb3+纳米晶,平均粒径约40nm。在980nm LD激发下,系统研究了纳米晶在450~1 500nm宽波段范围内的发光特性。根据上转换(UCL)和下转换(DCL)测试结果,Y2O2S∶Ho3+,Yb3+纳米晶发射峰位于545,655和1180nm,分别源于5F4/5S2→5I8、5 F5→5I8和5I6→5I8辐射跃迁。Yb3+离子的掺杂可显著提高Ho3+的上转换发光效率。由于纳米晶表面吸附产生的高能振动量子显著提高了5F4/5S2→5F5和5I6→5I7多声子弛豫的发生几率,使得655nm红光发射很难得到抑制。随Yb3+浓度不断增大,Yb3+→Ho3+能量传递效率提高。这不仅可以增大5F4/5S2和5I6能级的粒子布居数,使绿光和红外光发射增强,而且能在一定程度上抑制5I6→5I7多声子弛豫过程,间接削弱红光发射强度。但5F5能级的另一布居途径(5F4/5S2→5F5)使得Y2O2S∶Ho3+,Yb3+纳米晶的绿红光荧光分支比(IG/IR)值仅能达到3.75。当浓度高于6%(摩尔分数)时,(5F4/5S2,2F7/2)→(5I6,2F5/2)能量反传递过程导致绿光和红光发射大幅降低,而5I6能级布居数的增大却增强了红外发射强度。上述变化导致IG/IR增势减弱,红外/红光荧光分支比(IIR/IR)不断增大。

低温溶剂热法合成形貌可控的EuS中空微球

采用(Phen)Eu(Et_2CNS2)_3·nH_2O做前驱物,乙腈做反应溶剂,在230℃的低温下,通过溶剂热法首次成功地合成了EuS中空晶体。对样品进行扫描电镜表征,发现EuS晶体是空心微球,通过样品的傅里叶红外光谱和液体紫外可见吸收谱表征,确定了EuS空心微球表面吸附的有机物成分;通过乙腈溶剂热法在不同反应条件的研究得出如下结论:当温度升高,压强增大,样品结晶质量变好,粒径减小;通过改变溶剂热条件,可以合成形貌可控的EuS中空微球。

水热合成ZnS∶Cu,Al纳米晶体及其全色发射光谱特性

报道了水热法（200℃）直接合成的ZnS∶Cu,Al纳米晶及其发光特性。ZnS∶Cu,Al纳米晶粒径约15 nm,尺寸分布窄,分散性好,具有纯立方相的类球形结构。借助X射线能谱法（EDX）和原子吸收光谱仪,研究了样品中S,Zn和Cu的含量并详细研究了光致发光（PL）光谱的特性。结果证明存在大量Zn空缺,Cu离子经过水热处理后已掺入到ZnS基体中。PL光谱特性为：样品的激发谱为宽带谱,337 nm激发时样品发出很强的绿光,370~420 nm之间任意波长激发时,发射谱均为宽带谱,且它们基本重合。表明此材料作为近紫外（370~410 nm）发光二极管（（n）-UV（370~410 nm）LED）用荧光粉及全色荧光粉具有很大的应用潜力。样品在375 nm激发下全色宽带发射谱是460,510和576 nm带光谱的高斯叠加。当Cu/Zn,Cu/Al和S/Zn分别为3×10-4,2和3.0时,于室内照明条件下肉眼可观察到白色发光。

复合体溶剂热分解低温一步合成NaInS_2纳米片刺球

以 In（S2CNEt2）3复合体为前躯体,乙腈和油酸为溶剂和表面活性剂,采用复合体溶剂热分解法于200℃低温下一步合成了 NaInS2微米球,通过调控油酸含量,成功制备出具有纳米片刺球结构的超结构NaInS2微米粒子. XRD 和 FE-SEM 测试结果表明,所制备的NaInS2具有斜方六面体结构,物相单一,结晶良好.油酸对 NaInS2微米球的微结构产生显著影响.少量油酸（＜5mL）的加入,对产物相组成和结晶性无明显作用,但可以使所得产物由实心微米球变为由级次粒子聚合而成的多孔微米球.当油酸含量高于10mL时,构成微米球的级次粒子发生明显的择优取向生长,形成具有极大孔隙度的纳米片刺球.漫反射光谱表明,所得 NaInS2微米球对波长小于450nm 的光均呈现很强的吸收,吸收边位于450nm.然而,纳米片刺球的吸收边位于400nm,蓝移达50nm.光致发光光谱证实,样品在245nm 紫外光激发下,存在一个340～650nm的宽发光带,主峰位于340～450 nm,源于电子带间跃迁.

热解含硫金属有机配合物法合成亮紫色发光的α-ZnS:Cu纳米荧光粉

以硝酸锌、硝酸铜和二乙基二硫代氨基甲酸钠为原料,制得含硫金属有机配合物。将含硫金属有机配合物在200℃进行热解,制备了亮紫色发光的ZnS∶Cu纳米荧光粉。XRD检测结果显示,荧光粉样品为六方晶系的高温相α-ZnS。根据TEM结果,样品为均匀的球形粒子,其粒子尺寸在30nm左右。室温下,样品的激发光谱峰值位于235nm处,相对于α-ZnS体材料的特征吸收峰330nm(3.77eV)发生了蓝移,其原因是量子限域效应使α-ZnS∶Cu纳米粒子的光学带隙增宽。在235nm激发下,样品分别在285、396、486和545nm处各有一个发射带,其中396nm处的发射带发光最强。4个发射带均随铜离子浓度的增加呈现先增强后减弱的变化,铜离子浓度为1.0%时发光最强。

Y_2O_3:Er,Yb纳米晶的沉淀法制备与可见-红外发光性能研究

采用共沉淀法制备了平均粒径约30nm的Y_2O_3:Er,Yb纳米晶,并对其可见-红外发光特性与体相材料的差别进行了对比.结果表明:焙烧温度的升高有利于纳米晶晶化程度增强.在980nm红外激发下,Er3+离子呈现典型的绿、红光上转换特征发射,峰位位于530,550,660nm,分别对应于2H11/2→4I15/2,4S3/2→4I15/2和4F9/2→4I15/2跃迁.同时观察到了源于Er3+离子4I13/2→4I15/2辐射跃迁的1 530nm红外发射.随焙烧温度的升高,各发射光强度随之增大.但Y_2O_3:Er,Yb纳米晶呈现明显不同于体相材料的发光特性,其红、绿光强度分支比可达19.55,是体相材料的5倍,红光色纯度优异.同时,红外发射强度亦远高于体相材料.上述结果反映出Er3+的4F9/2和4I13/2能级在Y_2O_3纳米晶中的粒子布居特征迥异于体相材料,其跃迁机制亦存在很大差别.

大学物理创新实践基地的建设

为了突出培养造就创新型科技人才,探索创新性教育,对高校大学物理创新实践基地建设目标、内容及其效能进行了探索和实践,介绍了我校物理创新实践基地初期建设取得的成效。