Yb^(3+)/Nd^(3+)掺杂对Sr_(9)Ga(PO_(4))_(7)∶Cr^(3+)发光性能的影响

近红外荧光粉由于其独特的物理特性和广阔的应用前景吸引了人们极大的研究兴趣。本文通过高温固相反应法合成Sr_(9)Ga(PO_(4))_(7)∶0.8Cr^(3+)近红外荧光粉,使用460 nm蓝光激发样品的发射波长位于833 nm,半峰宽为117 nm。随后引入稀土离子合成Sr_(9)Ga(PO_(4))_(7)∶0.8Cr^(3+),Yb^(3+)和Sr_(9)Ga(PO_(4))_(7)∶0.8Cr^(3+),Nd^(3+)近红外荧光粉。相比Sr_(9)Ga(PO_(4))_(7)∶0.8Cr^(3+),460 nm蓝光激发的Sr_(9)Ga(PO_(4))_(7)∶0.8Cr^(3+),Yb^(3+)同时出现Cr^(3+)和Yb^(3+)特征发射峰,经过光谱分析和荧光寿命变化证明Cr^(3+)-Yb^(3+)存在能量传递通道,最高使Cr^(3+)-Yb^(3+)能量传递效率达80.2%,得益于Yb^(3+)卓越的热稳定性促使整体荧光光谱热稳定性提高约3.7倍。设计合成的Sr_(9)Ga(PO_(4))_7∶0.8Cr^(3+),Nd^(3+)样品调制出833,876,1 060 nm的多峰发射,显著拓宽了近红外光谱范围。最终,讨论了荧光粉在温度传感和无损检测领域的应用,证明该系列荧光粉具有广阔的应用前景。

多格位阳离子共掺提升LiScSi_(2)O_(6)∶Cr^(3+)近红外荧光粉的光吸收

采用高温固相法制备Na^(+)、In^(3+)、Ge^(4+)单掺或共掺杂的LiScSi_(2)O_(6)∶Cr^(3+)荧光粉,通过漫反射光谱、光致激发和发射光谱、量子效率测试等手段对其光吸收及光致发光性能进行了研究。实验结果表明,Na^(+)、In^(3+)、Ge^(4+)等离子单独掺杂均可提升LiScSi_(2)O_(6)∶Cr^(3+)荧光粉对460 nm蓝光的吸收,而多格位阳离子共掺可进一步增强光吸收能力,吸收效率可从最初的50.5%提升至60.9%。多格位离子单掺或共掺引起Cr^(3+)占据八面体结构畸变程度增加,从而导致光吸收增强。优化荧光体系LiSc_(0.4)In_(0.6)Si_(1.6)Ge_(0.4)O_(6)∶Cr^(3+)的近红外发射峰波长为860 nm,半高宽为160 nm,内、外量子效率分别为72.5%和41.8%,封装制成的荧光转换型LED器件在100 mA驱动电流下近红外光输出功率为63.1 mW,近红外电光转换效率为22.3%,表现出较好的近红外发光综合性能。本研究工作为增强Cr^(3+)激活近红外荧光粉的光吸收提供了一种有效手段。

Cr^(4+),Nd^(3+)共掺的钆镓石榴石(Cr,Nd∶GGG)的光谱性能与光谱参数的研究

用提拉法生长了掺铬、钕的钆镓石榴石(Cr4+,Nd3+∶GGG)晶体,研究了室温下的吸收光谱和荧光光谱性质,以及晶体中Cr离子浓度对Nd离子光谱性质的影响。应用Judd ofelt理论计算了强度参数Ωt(t=2,4,6),自发辐射跃迁几率、荧光分支比和辐射寿命等光谱参数。应用McCumber理论计算了4F3/2→4I11/2能级跃迁的受激发射截面。结果表明:Cr3+在300～900nm之间较强地增加了吸收截面,尤其是伴随Cr3+→Nd3+有效的能量转移。Cr4+在1.06μm附近的吸收减弱了Nd离子的发射截面。

N和Nd^(3+)共掺杂TiO_2光催化剂的制备及其性能研究

本文以钛酸四正丁酯为前驱体,结合溶胶-凝胶法和水热法,分别制备了TiO2、Nd3+/TiO2、N,Nd3+/TiO2等系列光催化剂。通过X射线衍射(XRD)、紫外-可见反射吸收光谱(UV-Vis)等测试手段对系列样品的结构和光谱学性能进行了初步表征;并以甲基橙为目标污染物、以氙灯为光源测试了其可见光光催化活性。结果表明:未掺杂光催化剂为锐钛矿相TiO2结构,稀土Nd3+、非金属N和Nd3+的共掺杂均有效抑制了TiO2的晶型转变,并且使TiO2光吸收范围产生了一定的红移,即拓宽了光吸收范围;稀土Nd3+、非金属N和Nd3+的共掺杂均有效提高TiO2光催化剂可见光光催化活性。

Cr^(3+)掺杂对Mn_(3)O_(4)结构、形貌以及磁电性能的影响

为了探究Cr^(3+)掺杂对Mn_(3)O_(4)体系磁电效应的影响,采用传统固相法成功制备了Mn_(3)O_(4)及Mn_(1.8)Cr_(1.2)O_(4)的单相多晶样品。X射线衍射及精修结果表明,掺杂前后存在晶体结构的改变,由四方晶系转变为立方晶系,其空间群由I41/amd变为Fd3m。场发射扫描电镜结果显示,掺杂前样品的晶粒呈紧密的镶嵌结构,掺杂后样品呈离散的五面体及八面体形貌,且尺寸约是掺杂前的1/8。磁性研究结果表明,掺杂前、后样品Yafet-Kittel型亚铁磁相变温度由43 K提高到60 K,这源自Cr^(3+)掺杂使Mn^(3+)(Cr^(3+))/Mn^(2+)—O键长缩短,Mn^(3+)(Cr^(3+))—O—Mn^(3+)(Cr^(3+))键角增大,磁相互作用增强。此外,掺杂后矫顽力显著降低,这可根据离散的晶粒间作用力减小来理解。介电效应研究发现,掺杂前、后样品在磁相变点附近存在不随频率移动的介电异常峰,表明该体系存在与磁序相关的铁电极化,这源自体系的非线性磁结构。

Nd^(3+)掺杂钙钛锆石(Ca_(1-x)Nd_(x)ZrTi_(2)O_(7+x/2))相变行为的研究

为研究钙钛锆石对放射性元素Am^(3+)的稳定固化作用,以Nd^(3+)为Am^(3+)的模拟元素,系统研究了高温固相法制备Ca_(1-x)Nd_(x)ZrTi_(2)O_(7+x/2)时,Nd^(3+)异价取代钙钛锆石晶格中Ca^(2+)位(0≤x≤1.0)所导致的相态演变行为。合成Ca_(1-x)Nd_(x)ZrTi_(2)O_(7+x/2)的XRD、Raman、BSE和EDS测试结果表明:钙钛锆石(Zirconolite)晶格对Nd^(3+)离子的固溶量可达70%(x=0.7),可有效实现对Am^(3+)模拟元素Nd^(3+)离子的固化。但随着Nd^(3+)掺杂量(x≤0.3)增加,Zirconolite-2M晶格中O^(2-)和Nd^(3+)的无序化程度逐渐增加、(Ca/Nd)-O键长逐渐变小,直至(x=0.4)引起Zr^(2+)、Ti^(4+)附近的O^(2-)配位数发生改变(ZrO7→ZrO8、TiO5→TiO6),Zirconolite-2M晶格结构开始向Zirconolite-4M转变。x=0.5时,陶瓷体完全转变为Zirconolite-4M晶格且O^(2-)和Nd^(3+)有序度重新变高、Ti—O键长增加;直至x=0.6、x=0.7时,陶瓷体仍为单一Zirconolite-4M结构,但晶格中O^(2-)和Nd^(3+)的有序度又逐渐降低,以至于在x=0.7陶瓷体亚晶格中微量Ca^(2+)、Zr^(4+)、Nd^(3+)离子占位转变为烧绿石(Pyrochlore)结构。而在0.8≤x≤0.9范围内,Zirconolite-4M结构完全消失,陶瓷体为多相共存状态(Pyrochlore、ZrTiO_(4)和Nd2(TiZr)_(4)O_(11)物相)。Nd^(3+)完全取代Ca^(2+)位(x=1.0)时,陶瓷体变为单一Nd2(TiZr)_(4)O_(11)固溶体相。陶瓷体晶粒的BSE和EDS分析证实了这种相变规律。

植物补光用In^(3+)掺杂Zn_(3)Ga_(2)Ge_(2)O_(10)∶Cr^(3+)远红光发光材料的性能研究

采用高温固相法制备了Cr^(3+)掺杂的远红光荧光粉,并通过引入In^(3+)对Zn_(3)Ga_(2)Ge_(2)O_(10)∶Cr^(3+)发光特性进行了调控。通过XRD对Zn_(3)(Ga_(1-x)In_(x))_(2)Ge_(2)O_(10)∶2%Cr^(3+)(摩尔分数)的晶体结构进行了分析。利用室温荧光光谱和热释光光谱分析了Zn_(3)(Ga_(1-x)In_(x))_(2)Ge_(2)O_(10)∶2%Cr^(3+)的发光特性,其发射光谱由^(4)T_(2)(^(4)F)→^(4)A_(2)和^(2)E→^(4)A_(2)跃迁的705、721 nm两发光峰叠加而成。随着Zn_(3)(Ga_(1-x)In_(x))_(2)Ge_(2)O_(10)∶2%Cr^(3+)中In^(3+)掺杂浓度增加,材料发射光谱呈现展宽的现象,这是Cr^(3+)所处晶体场环境的改变导致了晶体场劈裂程度的变化。光谱展宽后荧光材料的发光特性与植物中光敏色素吸收谱更加匹配,因此其有望应用于植物照明领域。此外,随着In^(3+)掺杂浓度增加,荧光材料表现出红色长余辉现象,并且余辉时间与In^(3+)掺杂浓度有关。

Cr^(3+)、Yb^(3+)共掺杂LaSc_(3)(BO_(3))_(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650~1200 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。

Ce^(3+)⁃Cr^(3+)共掺杂Ba_(3)Sc_(4)O_(9)荧光材料的发光性能

红光‐近红外光谱技术在医疗领域具有广泛的应用。但对于当下采用蓝光LED激发荧光材料实现红光‐近红外光谱输出的器件结构而言,则普遍存在蓝光过剩的问题。本文提出了通过构筑Ce^(3+)→Cr^(3+)能量传递从而实现抑制器件蓝光输出的策略。以Ba_(3)Sc_(4)O_(9)为研究对象,采用Ce^(3+)/Cr^(3+)共掺杂,研究了其发光性能。结果表明,共掺杂的Ba3Sc4O9∶Ce^(3+)/Cr^(3+)同时具备了红光和近红外光发射能力,发射主峰分别位于585 nm和835 nm;Ce^(3+)→Cr^(3+)能量传递效率达50.92%。所封装的近红外LED器件的蓝光强度下降了78%,而Cr^(3+)的发射强度增至181%。

In^3+,Si^4+共掺杂ZnBi(0.02)Ga(1.98)O4:Cr^3+的发光与长余辉性能研究

长余辉材料在生物医学、信息存储等领域有着广阔的应用前景。人们已在不同体系的材料中成功制备蓝、绿、黄光长余辉材料,且一些材料的高效长余辉性能已能满足实际应用的要求。然而,红色长余辉材料在发光亮度和余辉时间方面都还不够理想。采用高温固相法,通过In^3+, Si^4+共掺杂的方式,制备了深红色发光的Zn(Bi)Ga2O4:Cr^3+材料,并系统地研究了所制备材料的发光光谱、长余辉及热释光性能。XRD分析发现, In^3+, Si^4+参与固相反应并占据了Zn(Bi)Ga2O4适当的晶格位置, In^3+, Si^4+的掺入也不会改变基质的基本相结构。通过监测λ=695 nm的光发射测量了Zn(Bi)Ga2O4:1%Cr^3+;Zn(Bi)Ga2O4:1%Cr^3+, 9%In^3+和Zn(Bi)Ga2O4:1%Cr^3+, 9%In^3+, 7%Si^4+的激发光谱, In^3+, Si^4+的引入改变了Cr^3+的局域环境,从而使得O^2-的2p轨道到Ga^3+的4s4p轨道的电荷迁移带产生红移,并使得Cr^3+的4A^2-4T^1和4A^2-4T^2跃迁强度明显增强。研究440 nm氙灯光激发下发射光谱发现, In^3+的引入改变了部分八面体中Cr^3+的配位环境,造成不同格位的发射峰位置不同,从而使发光光谱表现出非均匀加宽。In^3+掺杂对Cr^3+的配位环境的改变也同时提高了样品的发射光强度。而In^3+, Si^4+共掺杂则使得样品的发射光谱的非均匀加宽效应进一步加强,同时进一步增强了其发光强度。实验表明, 9%In^3+, 7%Si^4+共掺杂的Zn(Bi)Ga2O4:Cr^3+样品表现出最好的光致发光特性。余辉衰减曲线测试发现, In^3+的引入可以大大提高样品的余辉亮度,并延长余辉时间。而Si^4+的引入则进一步的改善了样品的余辉亮度,延长了余辉时间。热释光测试表明, In^3+的引入能提高样品中陷阱能级的深度,而合适浓度的In^3+, Si^4+共掺杂不仅提高了陷阱的深度,也增加了样品中陷阱的浓度。研究发现, 9%In^3+, 3%Si^4+共掺杂的Zn(Bi)Ga2O4:Cr^3+样品具有最好的长余辉性能。相关研究为进一步优化镓酸盐长余辉性材料提供了有意义的参考。

Ba^(2+)-Nd^(3+)共掺杂型γ-Ce_(2)S_(3)大红色料的制备及其性能研究

采用共沉淀法并根据摩尔比n(Ba)/n(Ce_(1-x)Ndx)=0.1(x=0,0.01,0.03,0.05,0.07,0.10)制备Ba^(2+)-Nd^(3+)共掺杂的γ-Ce_(2)S_(3)(缩写为γ-[Ba,Nd]-Ce_(2)S_(3))大红色料。以CS2为硫源在850℃下煅烧150 min,所得硫化产物为γ-[Ba,Nd]-Ce_(2)S_(3)(简写为S.Ndx),系统研究了Nd^(3+)掺杂量对S.Ndx物相组成、色度及Ba^(2+)-Nd^(3+)共掺杂对于S.Ndx抗氧化性能的影响,并运用FE-SEM、EDS、XRD、HR-TEM、UV-vis、CIELAB比色法以及TG-DSC等测试手段对S.Ndx进行表征分析。研究结果表明,当x在0 mol-0.10 mol范围内变化时,在850℃下便可以得到纯γ相的S.Ndx。随着Nd^(3+)含量的增加,S.Ndx的禁带宽度从2.06 eV增加到2.14 eV,使色料颜色从红色变成橙红色,其色度值从L^(*)=32.95、a^(*)=30.39、b^(*)=24.34(S.Nd0.00)增加到L^(*)=34.89、a^(*)=37.91、b^(*)=38.19(S.Nd0.05),随后有所降低,这表明Ba^(2+)-Nd^(3+)共掺杂可以有效地提高色料的色度值,将S.Nd0.05样品在440℃的空气气氛中保温10min,处理后仍显示纯γ相,并表现出较好的色度(L^(*)=22.31、a^(*)=23.87、b^(*)=27.62),这表明Ba^(2+)-Nd^(3+)共掺杂可有效提高γ-[Ba,Nd]-Ce_(2)S_(3)的抗氧化性能。

Eu^(3+)、Si^(4+)共掺杂TiO_2光催化剂的协同效应

采用溶胶-凝胶-浸渍法制备了Eu/Ti/Si纳米光催化剂,并通过XRD、FT-IR、EPR等进行了表征.结果表明,掺入Eu3+和Si4+,阻止了TiO2从锐钛矿晶型向金红石晶型的转变,使TiO2的粒径减小,且Eu3+能够促进Si4+进入TiO2的晶格中.以甲基橙为光催化反应模型化合物,考察了光催化剂的活性.测定了甲基橙在不同光催化剂上的吸附常数,探讨了催化剂对甲基橙的吸附机理.Eu3+和Si4+的最佳掺入量分别为wEu=0.03%、wSiO2=39.06%,且Eu3+和Si4+同时掺入TiO2光催化剂产生协同效应.讨论了光催化活性与催化剂性质的关系.

Cr^(3+)掺杂对TiO_2薄膜光催化活性的影响

采用溶胶 凝胶法制备了TiO2 粉末和以釉面瓷砖为载体的TiO2 薄膜,讨论了不同Cr3+ 掺杂浓度对TiO2 光催化活性的影响,并采用UV VIS对其光学性能进行了检测.结果表明,Cr3+ 掺杂和釉面瓷砖的交互作用能够显著提高TiO2 薄膜的光催化活性,最佳掺杂浓度为6 0 4×10 1 7个·cm- 3,且随着TiO2 光催化活性的提高,薄膜的吸收带边发生了明显的红移。

B/Fe_2O_3共掺杂纳米TiO_2可见光下的催化性能

采用溶胶凝胶法制备B/Fe2O3共掺杂TiO2复合光催化材料,并用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(TEM)和紫外可见漫反射光谱(DRS)对粉体进行表征。结果表明:催化剂以锐钛矿存在的纳米颗粒,直观地显示了物质的形貌,掺杂B能极大提高催化剂的可见光响应。以二氯苯酚(DCP)为降解物质,在紫外和可见光下分别研究了复合催化剂的光催化活性。掺杂B能使吸收光谱红移至可见光区,而进一步掺杂Fe2O3大大提高了催化剂的活性。

Er^3＋／Yb^3＋共掺杂ZnO粉末的上转换发光特性

采用高温氧化法制备了Er3+/Yb3+共掺杂ZnO粉。通过X射线衍射和扫描电镜对其进行了成分和组织结构分析,发现样品主要由ZnO和YbF3组成。在ZnO中测量到少量Er3+和Yb3+,而YbF3中无Er3+,故发光主要是由ZnO产生的。在980nm半导体激光器的激发下,观察到由处于激发态能级4F9/2,4S3/2,2H11/2和2H9/2的Er3+离子向基态4I15/2跃迁时发出的波长依次为658,538,522和409nm的上转换发光。在488nmAr+激光器的激发下,观察到了较强的409nm的紫光,466和450nm的弱蓝光以及379nm的紫外光,分别对应于Er3+离子的2H9/2→4I15/2,2P3/2→4I11/2,4F3/2/4F5/2→4I15/2,4G11/2→4I15/2等跃迁。上转换发光强度随激发功率的变化关系表明,488nm激发下紫色上转换荧光为双光子过程,主要是通过Er3+/Yb3+离子间正向和反向的能量传递来实现的。

Li^+,Zn^(2+)共掺杂对Gd_2O_3:Eu^(3+)纳米粉结构和发光性能的影响

采用燃烧法制备出Li+,Zn2+掺杂的Gd2O3∶Eu3+纳米荧光粉,研究了掺杂离子对Gd2O3∶Eu3+的结晶性能、晶粒形貌和光致发光特性的影响。以X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、发射光谱和衰减时间谱等手段表征材料性能。结果表明,Li+,Zn2+掺杂可显著提高Gd2O3∶Eu3+纳米粉在611 nm处的发光强度,最大可达到未掺杂时的2.5倍。发光增强的主要原因可归结为3个方面:(1)使晶粒由单斜相向更利于发光的立方相转变;(2)氧空位的敏化剂作用;(3)掺杂离子的助熔剂效应,使晶粒的结晶性能提高、粒径增大,从而降低表面态引起的发光猝灭。

La^(3+)-Fe^(3+)共掺杂纳米TiO_2粉体的光催化性能

采用溶胶-凝胶法制备了La3+-Fe3+共掺杂的TiO2纳米粉体,并以亚甲基蓝溶液为目标降解物研究了掺杂纳米TiO2粉体在紫外光作用下的光吸收和光催化性能。通过XRD和TEM等测试技术对样品的晶型、形貌和粒径尺寸进行了表征。结果表明,La3+-Fe3+共掺杂制备的TiO2粉体最佳热处理温度为550℃,结晶完整、主晶相为锐钛矿型,平均粒径约为20 nm;掺杂使TiO2吸收带发生红移,光催化性能增强;共掺杂体系的最佳量为n(La3+)∶n(TiO2)=0.05%,n(Fe3+)∶n(TiO2)=0.5%。共掺杂的TiO2粉体对亚甲基蓝有良好的降解效果,反应2 h降解率达到98.72%,优于同等条件下制备的未掺杂的纯TiO2粉体。复合掺杂光催化剂对亚甲基蓝的降解遵循一级动力学方程。

Er^(3+)/Yb^(3+)共掺杂纯氧化物材料上转换发光特性的研究

对实验制备的Er3+/Yb3+共掺杂3CaO-Al2O3-3SiO2样品在980激发下的上转换发光特性进行了研究,检测到由处于激发态能级2H11/2,4S3/2和4F9/2的Er3+离子分别向基态4I15/2跃迁时发出的波长依次为523,547和656 nm的上转换发光。做出了上转换发光强度与激发功率关系的曲线图,并结合测得的声子能量对相应跃迁机制进行了分析,发现上转换过程中Yb3+对的敏化作用起主要作用。

Eu^(3+)、Ga^(3+)共掺杂SiO_2基质材料的制备及其发光性质

通过溶胶-凝胶方法制备了稀土离子Eu3+和Ga3+共掺杂的SiO2材料;利用IR、XRD等研究了材料的结构,结果表明材料属于非晶态,800℃退火后样品的主要结构仍为SiO2的网状结构。400℃退火的样品在393nm激发下发射光谱显示了Eu3+的特征发射光谱,产生3条明显谱带,分别是576nm(5D0-7F0),588nm(5D0-7F1),612nm(5D0-7F2)。588nm(5D0-7F1)处的跃迁在800℃退火后发生猝灭,这是因为发光中心Eu3+的化学环境由于掺入Ga3+离子而发生了改变。Ga3+的共掺杂使材料在460nm处发射较强蓝光,在同一材料中实现了蓝色和红色的共发射。材料在460nm处蓝色荧光的强度随激发波长的增大而先增强后减弱。Ga3+或Eu3+的掺入量不同时,除发射强度不同外,材料的发射谱图基本相同。通过实验还确定800℃的退火温度为最佳退火温度。

用于微片激光器的Nd^(3+)掺杂四磷酸盐玻璃光谱研究

制备了Ｎd３＋掺杂四磷酸盐玻璃，测量了吸收光谱、荧光光谱，计算Ｎｄ３＋的发射截面，研究了其荧光特性、浓度猝灭及其机制、以及ＯＨ基对荧光强度和能量传递的影响，研究发现在四磷酸盐玻璃 Ｎｄ３＋的最佳浓度约为 ４．１×１０２０ ｉｏｎｓ／ｃｍ３，在研究光谱性质的基础上实现了Ｎｄ３＋掺杂四磷酸盐玻璃微片激光器１．０５４μｍ的连续激光输出．