下转换发光材料对钙钛矿本征性能的影响研究

利用太阳光的近红外和紫外部分实现全光谱响应无疑已成为提高钙钛矿太阳能电池功率转换效率的重要焦点。通过引入光致发光转换层将近红外或紫外光转换为可见光被钙钛矿光活性层利用,已被认为是一种非常有前景的途径。将两种经典的下转换发光材料(红粉和黄粉)引入钙钛矿本征层,采用一步旋涂法制备钙钛矿薄膜。利用缺陷评定高级显微系统、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、紫外可见吸收及荧光光谱分别探究了下转换发光材料对钙钛矿薄膜表面粗糙度、形貌、结构及光谱性能的影响。结果表明:下转换发光材料能够优化钙钛矿薄膜表面粗糙度、形貌,并未改变钙钛矿结构。紫外可见分光光度计和荧光光谱仪的结果证实了下转换发光材料确实能够拓宽钙钛矿薄膜的光谱响应范围,使整个吸收光谱范围向短波长方向移动,为有效利用全光谱提供了新思路。

CaSc2O4基质中上转换发光及下转换发光的研究

稀土掺杂发光材料由于其优秀的发光特性,在生物成像、光伏太阳能电池、显示防伪等领域均展示出优秀的应用价值。基质材料的选取对发光强度有强大影响。CaSc_(2)O_(4)作为优秀的基质材料,具有较低的声子能量、较强的晶场、较近的原子距离,以及较好的物理特性和化学稳定性。文中阐述了Tm^(3+)/Yb^(3+)、Ho^(3+)/Yb^(3+)和Er^(3+)/Yb^(3+)在CaSc_(2)O_(4)中的上转换发光特性,以及Tm^(3+)/Yb^(3+)和Ce^(3+)/Yb^(3+)在CaSc_(2)O_(4)中的下转换发光特性,并展示了其在高温光学测温监测和提高硅太阳能电池利用效率方面的应用潜能。

下转换发光粉Y_2O_3/Sm^(3+)在染料敏化太阳能电池中的应用

采用沉淀法制备了Y2O3/Sm3+下转换发光粉,利用X射线衍射、荧光光谱对其进行了表征,并利用该发光粉具有下转换发光的特点将其应用于染料敏化太阳能电池(DSSC).结果表明,Y2O3/Sm3+下转换发光粉可以增加电池对太阳光的吸收范围,提高电池的光电流和光电压.研究了掺杂量对电池性能的影响,当掺杂量为3%时,光电转换效率从5.049%提高到5.94%,表明了其是一种有效提高光电转换效率的方法.

Er^3+激活Gd2(MoO4)3的下转换发光与温度传感研究

采用固相反应法制备Er^3+单掺的Gd2(MoO4)3下转换荧光粉.在379 nm紫外线的激发下,Gd2(MoO4)3:Er^3+发射高强度高纯度的绿光,属于Er^3+的^2H(11/2)/^4S(3/2)→^4I(15/2)跃迁.由于Gd2(MoO4)3的特殊晶体结构,Er^3+在Gd2(MoO4)3基质中的最佳掺杂浓度达40%.有关温度发光特性的研究表明,Er^3+的绿光强度随着温度的升高急剧降低,其原因在于温度升高一方面抑制Er^3+的激发和发射速率,另一方面导致绿光发射能级到上能级的热布居.基于两个绿光发射的积分强度与温度的关系,评估Gd2(MoO4)3:40%Er^3+在379 nm激发下的温度传感特性,结果表明,与常规的氟化物上转换材料相比,Gd2(MoO4)3:40%Er^3+显示出良好的温度灵敏度,可能是一种非常有前途的温度传感用荧光材料.

(La0.95Eu0.05)F3纳米晶的自牺牲模板法合成及其下转换发光性能研究

利用自牺牲模板法以一种新型稀土层状化合物(La0.95Eu0.05)2(OH)4SO 4·2H 2O为模板成功合成出(La0.95Eu0.05)F3纳米晶并研究其下转换发光性能。采用X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外变换(FT-IR)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)及荧光光谱仪对合成产物的物相和荧光性能进行表征。XRD及Rietveld精修结果表明以稀土硝酸盐和硫酸铵为原料在100℃、pH值为9.5的条件下反应24 h可得到稀土层状化合物(La0.95Eu0.05)2(OH)4SO 4·2H 2O模板。自牺牲反应过程中,当模板中稀土离子与氟化铵中氟离子摩尔比为1∶3和1∶5时,在180℃下水热反应24 h可成功合成(La0.95Eu0.05)F3纳米晶。荧光光谱分析表明,(La0.95Eu0.05)F3荧光粉在395 nm的紫外光激发下,分别在591 nm(5D0→7F1跃迁,高强度)、618 nm(5D0→7F2跃迁,中等强度)和692 nm(5D0→7F4跃迁,低强度)处显示下转换发射。所得荧光粉的色坐标为(0.52,0.45),橙红光。荧光粉的主发射峰呈现单指数衰减行为,拟合后发现其荧光寿命约为14 ms。

Y_(2)O_(3):Tm^(3+),Li^(+)/Na^(+)/K^(+)荧光粉下转换发光性质的研究

通过尿素沉淀法制备了一系列Y_(2)O_(3):Tm^(3+),Li^(+)/Na^(+)/K^(+)荧光粉。通过XRD、SEM、FTIR和荧光光谱仪对所制备样品的物相、形貌、结构和发光性质进行了表征。研究了掺入Y_(2)O_(3)基质中碱金属离子的种类、浓度和退火温度对Y_(2)O_(3):Tm^(3+)荧光粉下转换发光的影响。实验结果表明,Y_(2)O_(3):Tm^(3+)荧光粉在成功掺杂Li^(+)、Na^(+)、K^(+)离子后,Tm^(3+)下转换发光强度增强。其中,在1100℃下退火2 h后,掺杂K+离子与掺杂Li^(+)离子和Na^(+)离子的Y_(2)O_(3):Tm^(3+)荧光粉相比,Tm^(3+)离子下转换发光强度增强的倍数更大。

β-NaGdF_4:Ln^(3+)纳米材料的下转换发光性质研究

采用水热法合成了β-NaGdF_4纳米晶体,研究了β-NaGdF_4:Ln^(3+)纳米材料的下转换发光性质。

水溶性β-NaGdF4:Ln3+(Ln=Ce,Tb,Eu,Dy)纳米晶体的下转换发光性质研究

采用水热法合成了β-NaGdF4:Ln3+(Ln=Ce,Tb,Eu,Dy)纳米晶体,并深入研究β-NaGdF4:Ln3+(Ln=Ce,Tb,Eu,Dy)纳米晶体的下转换发光性质。

Ho^(3+)、Yb^(3+)掺杂锡酸钙陶瓷的双模发光及光强调制研究

稀土离子掺杂的无机光致变色材料通过将光致变色与光致发光强度调制进行耦合可应用于光信息存储。采用多光子吸收策略研制具有双模发光调制性能的材料,是提升光信息储存寿命的有效手段。本研究以锡酸钙为基体,选用Ho^(3+)和Yb^(3+)共掺杂,制备得到具有双模发光及光强调制特性的陶瓷。461 nm蓝光激发下,陶瓷在可见光区域产生强烈的绿色和红色发射。980 nm近红外光激发下,陶瓷出现3个以551、669和756 nm为中心的可见光发射带。对上转换发光机理展开讨论,结果表明陶瓷上转换发光与双光子过程相关。365 nmUV光照射使陶瓷上转换和下转换发光强度产生衰减调制现象,绿色发光调制效果优于红色。通过热释光光谱测试得到陶瓷内部的陷阱分布与深度信息,证明了载流子陷阱的存在。UV光照前后的荧光寿命测试和发光动力学测试结果表明,光强衰减与发光中心到陷阱中心的能量传递有关。

一步水热法合成兼具上转换发射增强和双模发射的NaYF_(4)∶Yb^(3+),RE^(3+)@CDs纳米复合材料

稀土离子(RE^(3+))掺杂上转换发射材料因具有优异的光学性能,在生物医学、离子检测、荧光传感和防伪等领域显示出巨大的应用潜力。碳点(CDs)作为一类新型的碳纳米材料,可以与稀土掺杂构建复合材料,通过将不同材料的优势结合,展现出纳米复合材料独特的性质和功能。然而,现有研究制备的复合材料均为大尺寸,限制了其多功能应用,纳米复合材料合成策略亟需进一步的研究和完善。将柠檬酸和尿素制备的CDs添加到NaYF_(4)∶Yb^(3+),RE^(3+)的前驱体溶液中,通过一步水热法制备了NaYF_(4)∶Yb^(3+),Er^(3+)@CDs纳米复合材料,采用XRD、TEM、FT-IR和XPS等表征手段深入研究了CDs对其结构和发射性能的影响。研究发现,CDs成功附着在NaYF_(4)∶Yb^(3+),RE^(3+)表面,NaYF_(4)∶Yb^(3+),RE^(3+)样品是具有立方相的单分散纳米球,CDs的引入未改变纳米复合材料中NaYF_(4)∶Yb^(3+),RE^(3+)的晶型。NaYF_(4)∶Yb^(3+),RE^(3+)@CDs纳米复合材料表现出优异的双模发射性能,分别归因于CDs的下转换发光和RE^(3+)掺杂离子的上转换特征发射。同时,CDs的引入使RE^(3+)上转换发射增强,其增强机制可能是:(1)通过CDs表面羧基与RE^(3+)的强配位,CDs成功钝化了NaYF_(4)部分表面缺陷;(2)利用CDs吸收激发电子,并将能量转移到RE^(3+)的较低能级,形成激发电子的富集。这种发光增强策略对于不同的掺杂离子(NaYF_(4)∶Yb^(3+),Er^(3+)、NaYF_(4)∶Yb^(3+),Tm^(3+)和NaYF_(4)∶Yb^(3+),Ho^(3+))也同样具有显著的增强效果。本研究结果为进一步改善RE^(3+)掺杂上转换发射材料的发光性能提供了一种简单且有效的新合成策略。

Eu^(3+)-Yb^(3+)共掺杂下转换微晶玻璃的制备与发光特性研究

本研究制备了系列Eu^(3+)-Yb^(3+)共掺杂分别含β-Na Gd F4纳米晶、β-Na Gd F4和α-Na YF4纳米晶、α-Na YF4纳米晶的氟氧化物微晶玻璃,并通过XRD验证了不同纳米晶的形成。基于Eu^(3+)对Yb^(3+)的能量传递,在利用392nm激发Eu^(3+):5D0能级情况下,可观察到源于Yb^(3+):2F_(5/2)→2F_(7/2)跃迁引起的950~1100nm近红外发射。同时,通过稳态及时间分辨光谱揭示了析出不同纳米晶的玻璃体系中Eu^(3+)对Yb^(3+)的能量传递的差异,并进一步利用Eu^(3+)离子612nm可见发射的荧光寿命计算得到在分别含β-NaGdF_4纳米晶、β-NaGdF_4和α-NaYF_4纳米晶、α-NaYF_4纳米晶体系中Eu^(3+)对Yb^(3+)的能量传递效率分别为72.2%、76.4%和88.6%。该研究结果表明,微晶玻璃体系中α-Na YF4纳米晶的形成更有利于Eu^(3+)离子对Yb^(3+)离子的能量传递。

CaF_(2):Yb^(3+)/Er^(3+)/X(X=Li^(+),Na^(+),K^(+))近红外二区发光性能研究

利用热分解法制备了CaF_(2):Yb^(3+)/Er^(3+)纳米颗粒,通过改变Yb^(3+)和Er^(3+)的掺杂浓度对其近红外二区(NIR-Ⅱ)发光性能进行调节,研究结果表明,当Yb^(3+)掺杂浓度为20%,Er^(3+)掺杂浓度为2%时,在980 nm光源激发下,NIR-Ⅱ发光性能最强,且纳米颗粒分散性良好,尺寸均匀。然后,进一步研究了不同的碱金属离子(Li^(+)、Na^(+)、K^(+))共掺杂对其NIR-Ⅱ发光性能的影响,研究结果表明,Li^(+)掺杂因不利于纳米颗粒成核导致NIR-Ⅱ发光性能降低,Na^(+)和K^(+)掺杂均有利于NIR-Ⅱ发光性能提升。相比而言,K^(+)离子半径更大,更有利于破坏晶体场的局部对称性,因此,在K^(+)共掺杂的情况下NIR-Ⅱ发光性能最强。

CaF_(2):20Yb2Er/Na@CaF_(2):Ce纳米材料近红外二区发光性能研究

利用热分解法制备了CaF_(2):20Yb2Er/Na@CaF_(2):Ce纳米颗粒,并对其NIR-Ⅱ发光性能和荧光寿命进行了探讨。研究结果表明,在980 nm光源激发下,其NIR-Ⅱ发光性能强度约为CaF_(2):20Yb2Er的68倍,且位于1 525 nm处的荧光寿命为2.29 ms。该体系Yb3+作为敏化剂,Er^(3+)作为激活剂,Na+共掺杂使晶体场的局部对称性改变,核壳结构的构建使发光中心的荧光猝灭最小化,壳层结构引入Ce^(3+)可以使得Er^(3+)与Ce^(3+)在界面处产生交叉弛豫。由此可见,将离子共掺杂和构建核壳结构两种策略结合起来更有利于NIR-Ⅱ发光性能的提升。综上,CaF_(2):20Yb2Er/Na@CaF_(2):Ce纳米颗粒在生物成像领域具有潜在的应用价值。

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。

专利信息

一种光致变色陶瓷及其制备方法和应用本发明提供了一种光致变色陶瓷及其制备方法和应用。本发明的光致变色陶瓷,化学组成式为La2MgSnO6:x%Er,y%Fe,其中x=0.5~5,y=0.13~3。该光致变色陶瓷在275nm波长光激发下显现出棕色,在365nm波长光激发下显现出白色,在275nm波长光与365nm波长光交替激发下显现出棕色白色棕色连续可重复的颜色变化。在980nm波长光与365nm波长光激发下产生绿色上转化发光与绿色下转换发光,且通过变色特性能分别静态与动态地调控其发光,利于保护信息安全。

稀土掺杂YPO_4发光材料表征与性能及获得特种材料的方法

采用水热法,以氯化钇、柠檬酸钠、磷酸钠等为基体合成1μm左右的YPO_4发光基质材料,将Ce^(3+)、Tb^(3+)等离子掺杂其中得到下转换发光材料.通过研究反应温度、反应时间、掺杂比和烧结温度等因素对发光性能的影响,获得了在紫外光的激发下发出强光的稀土下转换发光材料,并通过改变Tb3+掺杂浓度得出对YPO_4:Ce^(3+),Tb^(3+)发光性能及寿命的影响,最终在反应时间为24 h、溶液pH为3时得到了形貌规则的四方相纳米材料,当Tb^(3+)浓度为1%时发出较强的绿光.

稀土发光材料在染料敏化太阳能电池中的研究进展

染料敏化太阳能电池(DSSCs)由于工艺简单、价格便宜、转换效率高等优点而备受关注。其中起负载敏化剂以及收集和传输电子作用的光阳极是关系到电池性能的重要部件。介绍了染料敏化太阳能电池的基本结构和工作原理,综述了优化染料敏化太阳能电池结构的研究现状;重点阐述了稀土发光材料改性二氧化钛提高光电转换效率的研究进展;指出稀土发光材料改性二氧化钛光阳极是提高染料电池光电转换效率的有效途径,也是未来的主要发展方向。

阳离子铱(Ⅲ)配合物掺杂的SiO_2微粉的制备及在发光二极管中的应用

将硅酸乙酯水解得Si O2溶胶,陈化1 d后掺入15.0wt%阳离子铱(Ⅲ)配合物[Ir(ppy)2(o-phen)][PF6](ppy:2-苯基吡啶;o-phen:1-乙基-2-(4-(5-(4-叔丁基苯基)-1,3,4-噁二唑-2-基)-苯基)-1H-咪唑并[4,5-f][1,10]菲啰啉),45℃恒温3 d后室温放置10 d得干凝胶,再经研磨和150℃干燥8 h制得黄色发光微粉。将所得的发光微粉按6.0、9.0、12.0、15.0、18.0和21.0wt%掺入到环氧树脂中,作为下转换发光材料涂敷在395 nm发射的In Ga N芯片上制备成LED器件。掺入12wt%Si O2微粉的LED发光性能最佳,在40.0 m A正向电流和5 V反向电压下,该LED达到最大发光效率51.9 lm/W,CIE色坐标为(0.42,0.42)。

Eu^(3+)/Dy^(3+)共掺Sr_(3)Y_(2)(BO_(3))_(4)荧光粉的发光性质研究

稀土掺杂发光材料一直是科研领域研究的热点,被广泛应用于白光LED、温度传感、显示显像、新能源和激光等领域。基质的结构对于稀土离子光致发光特性有非常重要的影响,在众多发光基质材料中,硼酸盐具有透光范围宽、光学损伤阈值高、较好的热稳定性和化学稳定性等优点。碱土-稀土金属硼酸盐Sr_(3)Y_(2)(BO_(3))_(4)具有出色的光学性能,对其发光性能的研究具有重要意义。稀土离子Eu^(3+)具4f^(6)电子层,是一种典型的下转换发光中心离子,常被选作红色发光材料的激活剂。Dy^(3+)具4f^(9)电子层,也是一种典型的下转换发光中心离子,在紫外光激发下,在蓝色光区和橙色光区有较强的荧光发射。采用高温固相法合成了Sr_(3)Y_(2)(BO_(3))_(4)∶Eu^(3+)/Dy^(3+)荧光粉,通过XRD和SEM对样品的结构和形貌进行了表征,XRD结果表明,1000℃烧结5 h,H_(3)BO_(3)过量20%为最佳制备条件,且少量的Eu^(3+)和Dy^(3+)掺杂并未改变Sr_(3)Y_(2)(BO_(3))_(4)的晶格结构。SEM图像表明Sr_(3)Y_(2)(BO_(3))_(4)基质的平均晶粒尺寸为2~4μm,10%Eu^(3+)单掺和5%Eu^(3+)/5%Dy^(3+)双掺样品与基质Sr_(3)Y_(2)(BO_(3))_(4)的SEM图像相比,形貌和尺寸并没有发生明显的改变。Sr_(3)Y_(2)(BO_(3))_(4)∶Eu^(3+)荧光粉的发光结果表明,分别在395和466 nm激发下,浓度为5%,10%和15%的Eu^(3+)单掺Sr_(3)Y_(2)(BO_(3))_(4)荧光粉的主要发光位于593和613 nm的红光发射,峰强度随着Eu^(3+)浓度的增加呈现先增加后降低的变化形式,掺杂浓度为10%时发光强度最大,说明存在浓度猝灭现象。色坐标结果显示,激发波长由395 nm变化到466 nm,Sr_(3)Y_(2)(BO_(3))_(4)∶Eu^(3+)荧光粉的发光颜色从橙红色向红色转变。引入Dy^(3+)后,Sr_(3)Y_(2)(BO_(3))_(4)∶Eu^(3+)/Dy^(3+)样品的发射光谱出现Dy^(3+)的486 nm的蓝光发射(^(4)F_(9/2)→^(6)H_(15/2))和576 nm的橙光发射(^(4)F_(9/2)→^(6)H_(13/2)),并且随着Dy^(3+)浓度的增加,对Eu^(3+)的^(5)D_(0)→^(7)F_(1,2,3,4)跃迁有抑制作用。色坐标结果显示通过调整掺杂离子Eu^(3+)和Dy^(3+)的比例可实现Sr_(3)Y_(2)(BO_(3))_(4)∶Eu^(3+)/Dy^(3+)荧光粉的颜色从红色区域向橙色区域转变,说明其在显示方面具有良好的应用前景。

(Ce,Yb)共掺杂氧化硅薄膜的发光特性及结构

采用磁控溅射技术在单晶硅衬底上制备了稀土(Ce,Yb)共掺杂氧化硅薄膜,研究了薄膜样品的结构和下转换发光性质。样品的发光光谱显示,在He-Cd激光器325 nm线的激发下,Ce3+离子的发光强度较弱而Yb3+离子的发光较强;Yb3+的发光随着退火温度的升高逐渐增强;这些结果加上样品的激发光谱和衰变光谱,都显示样品中发生了Ce3+到Yb3+的能量传递过程。X射线衍射结果表明,样品在高温退火时(大于1 000℃)出现晶化,形成了Ce和Yb的硅酸盐结构。笔者认为利用高温退火形成Ce的硅酸盐结构可以明显增强Yb3+的发光,从而提高薄膜的下转换发光效率。