高热稳定CaGdAlO_(4)∶Er^(3+)/Yb^(3+)荧光粉的上转换发光及其温度传感性能

获得具有良好热稳定性和发光性能的非接触式光学温度传感材料是目前的研究热点之一,本工作通过高温固相法制备了Er^(3+)/Yb^(3+)共掺CaGdAlO_(4)∶Er_(x),Yb_(0.10)(x=0.006、0.008、0.010、0.012、0.014)荧光粉,尺寸大小分布在0.6~4.2μm。在980 nm激光激发下,该荧光粉在500~700 nm发射谱由两个发射带组成,528和550 nm处两个较强的绿光发射带,归属于Er^(3+)的^(2)H_(11/2)→^(4)I_(15/2)、^(4)S_(3/2)→^(4)I_(15/2)能级跃迁,663 nm处较弱的红光发射带,归属于Er^(3+)的^(4)F_(9/2)→^(4)I_(15/2)能级跃迁。上转换发光强度最大组分为CaGdAlO_(4)∶Er_(0.010),Yb_(0.10)。300~573 K变温发射谱表明,基于荧光强度比FIR_(528/550)参数,温度传感绝对灵敏度S_(A)从44.4×10^(-4) K^(-1)(@300 K)先增大到52.0×10^(-4) K^(-1)(@445 K)随后减小到49.0×10^(-4) K^(-1)(@573 K)。相对灵敏度S_(R)则从0.95×10^(-2) K^(-1)(@300 K)单调减小到0.27×10^(-2) K^(-1)(@573 K)。冷热循环实验表明该材料的热重复性优于98%。结果表明,CaGdAlO_(4)∶Er_(0.010),Yb_(0.10)荧光粉在光学温度传感领域具有潜在的应用前景。

棒状结构NaGdF_(4):Yb^(3+),Er^(3+)上转换发光性能的研究

以乙二胺四乙酸二钠(EDTD-2Na)为螯合剂,采用水热法合成了棒状结构的NaGdF_(4):Yb^(3+),Er^(3+)纳米粉末。分别借助X射线衍射(XRD)、荧光光谱仪(PL)和扫描显微镜(SEM)对其晶体结构、发光强度和表面形貌进行分析和表征。探究了稀土前驱体、水热温度和水热时间的实验条件对NaGdF_(4):Yb^(3+),Er^(3+)纳米粉末上转换发光强度的影响;研究了氟源和钠源对NaGdF_(4):Yb^(3+),Er^(3+)晶体形貌和上转换发光强度的改善;同时,采用煅烧处理的方法,进一步探究样品的形貌和发光强度收到的影响。实验结果表明NH4F与NaOH作为氟源和钠源及200℃煅烧1 h得到的棒状结构NaGdF_(4):Yb^(3+),Er^(3+)的发光强度最好,色坐标(CIE)绿色发光强度从84%提升到94.88%。

不同激发波长下NaLaF_(4):Er^(3+)/Yb^(3+)的上转换光谱调控研究

为探究不同激发波长(980 nm、1 550 nm)对NaLaF_(4):Er^(3+)/Yb^(3+)上转换发光材料光谱调控的规律和机理,采用水热-固相两步反应法合成一系列不同Er^(3+)/Yb^(3+)掺杂浓度的NaLaF_(4)荧光粉。利用X射线衍射仪(XRD)、荧光分光光度计对材料进行测试,分析其发光性能与机理。结果表明,样品在980 nm激发下呈绿色发光,上转换发光强度随Er^(3+)/Yb^(3+)掺杂浓度增加而呈现先增后减的规律,该发光过程为双光子过程;而在1 550 nm激发下呈红色发光,上转换发光强度随Er^(3+)掺杂浓度增加而呈增强趋势,但随Yb^(3+)浓度增加而降低,发光过程为三光子过程。因此,通过调节激发光波长,在同组分NaLaF_(4):Er^(3+)/Yb^(3+)荧光粉中实现颜色可控的绿、红色发光,对设计新型光谱调控手段和探索新的发光材料具有一定的理论指导意义。

溶剂热法制备NaScF_(4):Yb^(3+)/Er^(3+)及其发光性能的研究

利用溶剂热法在油酸(OA),正辛醇(OC)及乙二醇(EG)三溶剂中成功制备出NaScF_(4):Yb^(3+)/Er^(3+)纳米颗粒。调节三种溶剂的不同比例观察对样品晶相、结构、尺寸及发光强度的影响。此外,我们使用了X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、荧光光谱仪对样品进行了表征。通过XRD证明在OA、OC、EG分别为16mL,12mL、4mL时成功合成出了纯相的NaScF_(4):Yb^(3+)/Er^(3+)纳米颗粒。SEM图进一步证明样品形貌均匀,分散性较好,粒径较小,颗粒尺寸为37.62±9.36nm。此外,样品的荧光光谱表明样品在980nm激光激发下能发射出红色荧光。因此,该方法下制备的NaScF_(4):Yb^(3+)/Er^(3+)尺寸较小,形貌较均匀,拥有强的红色发射且该材料有望用于生物成像、信息储存,防伪等领域。

3μm波段Er^(3+)∶ZBLAN光纤激光器研究进展及展望

3µm激光处于分子指纹区,在医疗外科、气体检测、军事应用等领域都有重要的应用价值。Er^(3+)∶ZBLAN光纤激光器具有效率高、可集成的优点,是3µm激光的主要输出方式。本文从铒离子跃迁产生3µm激光出发,围绕Er^(3+)∶ZBLAN光纤激光器,介绍了3µm激光产生的结构原理及能级系统,总结了实现该波段高功率连续输出和脉冲输出的技术方案和研究进展,重点介绍了基于不同材料可饱和吸收体的调Q和锁模激光器实验研究,并对目前实现3µm波段高功率输出需要解决的问题进行了分析,最后对Er^(3+)∶ZBLAN激光器的发展方向进行了展望。

Defect engineering on BiFeO_(3) through Na and V codoping for aqueous Na-ion capacitors

Sodium with low cost and high abundance is considered as a substitute element of lithium for batteries and supercapacitors,which need the appropriate host materials to accommodate the relatively large Na^(+) ions.Compared to Li^(+) storage,Na^(+) storage makes higher demands on the structural optimization of perovskite bismuth ferrite(BiFeO_(3)).We propose a novel strategy of defect engineering on BiFeO_(3) through Na and V codoping for high-efficiency Na^(+) storage,to reveal the roles of oxygen vacancies and V ions played in the enhanced electrochemical energy storage performances of Na-ion capacitors.The formation of the oxygen vacancies in the Na and V codoped BiFeO_(3)(denoted as NV-BFO),is promoted by Na doping and suppressed by V doping,which can be demonstrated by XPS and EPR spectra.By the first-principles calculations,the oxygen vacancies and V ions in NV-BFO are confirmed to substantially lower the Na^(+)migration energy barriers through the space and electric field effects,to effectively promote the Na^(+) transport in the crystals.Electrochemical kinetic analysis of the NV-BFO//NV-BFO capacitors indicates the dominant capacitive-controlled capacity,which depends on fast Na^(+) deintercalation-intercalation process in the NV-BFO electrode.The NV-BFO//NV-BFO capacitors open up a new avenue for developing highperformance Na-ion capacitors.

新型Al_2O_(3)-CaO-ZnO玻璃制备与Er^(3+)∶2.7 μm中红外发光性能

3 μm波段的中红外光纤激光器在生物医疗、环境监测和军事等领域具有重要的应用前景,在国内外受到了广泛的关注和研究。低声子能量、高效稳定的中红外玻璃作为光纤激光器的核心工作介质,是实现3 μm波段中红外激光的重要基础。本文采用熔融-淬冷法制备了掺Er^(3+)新型Al_2O_(3)-CaO-ZnO玻璃,通过热分析、拉曼光谱、透射光谱以及光致发光光谱等对玻璃的热力学、结构、透过波长范围和中红外发光性能进行了表征。结果表明,Al_(2)O_(3)-CaO-ZnO玻璃具有较高的玻璃化转变温度(~750℃)、较低的声子能量(~780 cm^(-1))以及较宽的透过波长范围(0.5~5 μm);在980 nm激光激发下,在掺Er^(3+)玻璃中观察到了明显的2.7 μm(Er^(3+)∶^(4)I_(11/2)→^(4)I_(13/2))波段荧光发射。研究结果表明Al_(2)O_(3)-CaO-ZnO体系玻璃是一种优良的中红外激光基质材料。

超短脉冲激光在掺Er^(3+)磷酸盐玻璃中制备光波导的实验研究

超短脉冲激光通过非线性吸收调制光学材料折射率提供了一种高效制备集成三维光子器件的途径.掺Er^(3+)磷酸盐玻璃由于其优异的特性以及在1.55μm通信波段附近的发射光谱,成为了集成光学主动增益材料中的研究热点.实验采用重复频率1 kHz,中心波长800 nm,脉冲宽度120 fs的钛宝石飞秒激光放大系统作为制备波导的光源,系统研究了加工参数对激光写入形貌、波导形成及光学特性的影响.实验结果表明,在狭缝整形辅助短焦物镜横向刻写条件下,写入脉冲能量为1.8μJ时,光波导可以在写入速度为10μm/s-160μm的较宽范围内形成;写入速度为40μm/s时,光波导写入脉冲能量参数窗口为1.6μJ-2.0μJ;波导写入深度在125μm-200μm范围时,波导横截面对称性较好且折射率修改明显;近场强度测量结果显示所制备波导近场强度分布对称,导光特性良好.通过有限差分法反推波导区域折射率修改分布,结果显示最大折射率修改为Δn=6.6×10^(-4).截断传输损耗测量结果显示所制备波导的传输损耗低至0.91 dB/cm.

CuO掺杂C_(3)N对C_(5)F_(10)O分解组分吸附性能的第一性原理研究

全氟五碳酮(C_(5)F_(10)O)作为可替代SF_(6)的新型环保绝缘气体已被投入到实际应用中.当绝缘设备内部发生局部放电等故障时,C_(5)F_(10)O会分解产生弱绝缘性的CF_(4)、C_(2)F_(6)以及剧毒的CF_(2)O、HF等有害组分,为保证绝缘设备的安全运行,需有选择地通过吸附去除这些分解组分.新型类石墨烯C_(3)N材料在气体吸附领域具有良好的应用前景,文中基于第一性原理计算了CuO分子掺杂C_(3)N对主要分解组分CF_(4)、C_(2)F_(6)及剧毒产物CF_(2)O、HF的吸附过程,计算并分析了各分解组分吸附时的吸附能、态密度、电荷转移量、差分电荷密度以及不同环境温度下的恢复时间.结果表明,CuO-C_(3)N对HF表现出良好的吸附性,CF_(2)O次之,但其无法吸附CF_(4)与C_(2)F_(6),因此CuO-C_(3)N可以作为一种高性能的气体吸附剂对C_(5)F_(10)O绝缘设备内的剧毒分解组分HF进行吸附去除.

Er^(3+),Yb^(3+)∶Ba_(3)Gd(PO_(4))_(3)晶体的生长、光谱和1.5μm激光性能

采用提拉法生长了1.85%Er,23.95%Yb∶Ba_(3)Gd(PO_(4))_(3)和1.95%Er,55.73%Yb∶Ba_(3)Gd(PO_(4))_(3)两种晶体(式中Er、Yb浓度为原子数分数)。测量并分析了晶体在室温下的吸收系数谱、上转换荧光谱、发射截面谱、增益截面谱和荧光衰减曲线。1.85%Er,23.95%Yb∶Ba_(3)Gd(PO_(4))_(3)晶体在峰值荧光波长1537 nm处的发射截面、Er^(3+)的4 I 13/2多重态荧光寿命和Yb^(3+)→Er^(3+)的能量传递效率分别为0.54×10^(-20)cm^(2)、9.9 ms和90%;1.95%Er,55.73%Yb∶Ba_(3)Gd(PO_(4))_(3)晶体在峰值荧光波长1537 nm处的发射截面、Er^(3+)的4 I 13/2多重态荧光寿命和Yb^(3+)→Er^(3+)的能量传递效率则分别为0.58×10^(-20)cm^(2)、9.7 ms和93%。基于975 nm半导体激光端面泵浦,在1.85%Er,23.95%Yb∶Ba_(3)Gd(PO_(4))_(3)晶体中实现了97 mW最高功率和27.1%斜效率的1567 nm连续激光输出,在1.95%Er,55.73%Yb∶Ba_(3)Gd(PO_(4))_(3)晶体中实现了93 mW最高功率和17.1%斜效率的1567 nm连续激光输出。

LD泵浦Er^(3+)/Yb^(3+):Lu_(2)Si_(2)O_(7)晶体kHz微型激光器

目前1.5μm LD泵浦的铒镱共掺玻璃/晶体被动调Q微型激光器广泛应用于激光测距、激光雷达等领域。随着激光器输出能量和重频的增加,玻璃面临突出的热效应问题,晶体的热导率是玻璃的10倍以上,有望能够实现比玻璃基质更大脉冲能量和更高重频的激光输出。文中报道了一种采用LD脉冲端面泵浦、铒镱共掺焦硅酸镥晶体为增益介质的1537 nm被动调Q微型激光器。通过优化泵浦光斑大小、输出镜透过率与调Q晶体初始透过率相匹配,实现激光输出重频与泵浦重频一致。最终实现了输出重频为1 kHz、单脉冲能量35μJ、脉冲宽度7 ns、峰值功率为5 kW、光束质量因子M^(2)=1.33的激光输出。以及输出重频为10 kHz、单脉冲能量10μJ、脉冲宽度10 ns、峰值功率为1 kW、光束质量因子M^(2)=1.51的激光输出。结果表明,Er^(3+)/Yb^(3+):Lu_(2)Si_(2)O_(7)晶体是实现高重频1.5μm激光输出的优良介质。文中研究结果对LD脉冲端面泵浦的kHz铒镱共掺晶体被动调Q人眼安全微片激光器具有重要的参考意义。

1550 nm激发LuVO_(4):Er^(3+)/Yb^(3+)荧光粉上转换发光特性及温度传感特性

1550 nm红外光作为一种新型上转换光源,具有对人眼损伤小、成本低等优点。为探究1550 nm激发下的上转换发光特性与温度传感可行性,采用高温固相法制备了特定浓度Er^(3+)、不同浓度Yb^(3+)的LuVO_(4)共掺粉体。利用XRD、SEM手段对材料进行表征,探究其在1550 nm激发下的发光性质及在温度传感方面的应用潜力。结果表明,在1550 nm激发下,存在绿光(524 nm和553 nm)和红光发射(660 nm);近红外区域存在较强的801 nm发射。最佳发光强度组分为LuVO_(4):0.2Er^(3+)/0.05Yb^(3+)。可见光区域的发光过程均为三光子过程。此外,在326~596 K范围内,材料存在最大温度灵敏度Sr(524/553)为0.31%K-1@326 K。在1550 nm激发下,LuVO_(4):Er^(3+)/Yb^(3+)材料具有良好的发光性能,显示出在光学测温领域具有潜在应用价值。

Er^(3+)掺杂锗酸盐激光玻璃猝灭浓度的计算与预测

稀土掺杂激光玻璃光纤是光纤激光器的核心增益介质,其中稀土离子掺杂浓度是决定激光玻璃增益特性的重要参数,如何快速有效地确定最佳掺杂浓度是稀土掺杂激光玻璃光纤的关键科学问题之一。本文以Er^(3+)掺杂锗酸盐激光玻璃为例,利用Er^(3+):^(4)I_(13/2)→^(4)I_(15/2)跃迁的自发辐射跃迁寿命和实测寿命,预测了锗酸盐激光玻璃的猝灭浓度。研究表明,在该玻璃体系中,理论预测与实际值的最大绝对误差小于0.4%。对比唯象模型和有限扩散模型分别拟合多个样品发光强度和实测寿命确定猝灭浓度的方法,本文提出的方法仅需通过少量样品的测试参数即可确定激光玻璃猝灭浓度,简单快捷且计算误差小,对高增益激光玻璃与光纤研究具有指导意义。

Mn^(2+)掺杂对YAG∶Ce^(3+)荧光陶瓷发光性能的影响

过渡族金属Mn^(2+)掺杂的石榴石荧光陶瓷被认为是实现高显色激光照明的候选材料。然而,由于Mn^(2+)在不同配位环境下离子半径的多样性,Mn^(2+)掺杂石榴石陶瓷体系设计方案尚不明确。本文采用真空烧结技术制备得到不同浓度Mn^(2+)掺杂的YAG∶Ce^(3+)荧光陶瓷,并将Mn^(2+)分别设计进入八面体(OC)和十二面体(DO)格位。通过表征样品物相和显微结构、光致发光、荧光寿命、量子效率等,并通过LD激光器激发对荧光陶瓷的发光性能进行研究。实验结果表明,在添加电荷与体积补偿剂SiO_(2)的前提下,相比Mn^(2+)进入十二面体格位,Mn^(2+)进入八面体后石榴石的晶体结构更加稳定。因此,当Mn^(2+)的浓度控制在0.5%^(6)%(at)范围内,OC系列样品的量子效率高于DO系列样品。此外,OC系列样品的PL谱中位于588 nm和725 nm处的发射峰分别对应于Mn^(2+)占据八面体和十二面体格位的^(4)T_(1)→^(6)A_(1)电子跃迁,而DO系列样品中位于572 nm处的发射峰则源于Mn^(2+)占据扭曲的十二面体格位产生的电子跃迁。得益于Ce^(3+)→Mn^(2+)间高效的能量传递,将浓度为6%(at)的Mn^(2+)设计进入YAG∶Ce^(3+)中八面体格位制得荧光陶瓷,封装得到的激光白光光源的显色指数为70.8,相对色温为5117 K。本文对于Mn^(2+)掺杂的石榴石发光材料的开发研究是有力补充,也为提升YAG∶Ce^(3+)荧光陶瓷光谱中的红光成分,进而提高医疗、显示等领域的激光光源的显色性能提供借鉴。

Optical temperature sensor based on up-conversion fluorescence emission in Yb^(3+):Er^(3+) co-doped ceramics glass

yb^3＋：Er^3＋ co-doped oxy-fluoride ceramics glass has been prepared. The mechanism of up-conversion emissions about Er^3＋ was discussed, and the temperature properties of green up-conversion fluorescence between 303 and 823 K were investigated. The results show that the sensitivity of this sample reaches its maximum value, about 0.0047 K^-1, when the temperature is 383 K, indicating that this kind of sample can be used as high temperature and high sensitivity optical temperature sensor.

Pr掺杂Sm_(0.5)Sr_(0.5)CoO_(3)阴极的性能研究

固体氧化物燃料电池(SOFC)因能量转换效率高,绿色无污染而备受关注。研究发现,钙钛矿结构的Sm_(0.5)Sr_(0.5)CoO_(3-δ)(SSC)是电子-离子混合导体,具有良好的氧还原活性,以及电导率高、极化电阻低等优点。为了探究镧系元素Pr掺杂对SSC阴极性能的影响,采用溶胶-凝胶法制备Pr_(x)Sm_(0.5-x)Sr_(0.5)CoO_(3)(x=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5)阴极粉体,对其进行一系列表征和电化学性能测试。电化学阻抗谱(EIS)测试表明,当Pr掺杂量为0.3时,PSSC-30阴极在550~750℃范围内的极化电阻均小于其他掺杂量;在700℃时,全电池的功率密度达到最大,为311.06mW/cm^(2)。

Er^(3+)掺杂氟碲酸盐玻璃微球腔的激光性能及其温度传感研究

采用高温浮粉熔融法制备了组分为60TeO_(2)-10GeO_(2)-20BaF_(2)-9Y_(2)O_(3)-1Er_2O_(3)的Er^(3+)掺杂氟碲酸盐玻璃微球,并对其品质因子(Q)、近红外激光特性以及温度传感进行了细致研究。结果发现微球腔的Q值可高达~10~6。在980 nm激光泵浦下,在直径为44.58μm的微球中实现了阈值为54μW、光学转换效率为0.050%的1 607 nm激光输出。通过研究不同直径对微球腔激光性能的影响规律,可知随着微球腔直径的减小,激光阈值逐渐降低,光学转换效率逐渐提高,这主要归因于较小的微球腔具有更高的能量密度和更强的光与物质相互作用。此外,研究了微球腔的温度传感特性,其灵敏度为14 pm/℃。以上实验结果表明,所制备的Er^(3+)掺杂氟碲酸盐玻璃微球腔在低阈值激光器和高灵敏度温度传感器领域具有潜在的应用。

稀土Er^(3+)离子掺杂的全无机CsPbCl_(3)钙钛矿纳米晶的合成及发光性能

CsPbCl_(3)全无机钙钛矿纳米晶(PNC)的应用受到其弱发光、极低的光致发光量子产率(PLQY)以及长期暴露于氧气和湿气环境中稳定性差等的限制。为了解决这一问题,使用稀土金属元素铒的三价阳离子(Er^(3+))作为B位掺杂元素,制备出了明亮蓝紫光发射的Er^(3+)∶CsPbCl_(3)钙钛矿纳米晶发光材料。掺杂后的纳米晶具有最佳的形貌和发光性能:PLQY为16.7%、平均粒径约为7.98nm、荧光发射峰蓝移至400nm、半峰全宽仅为10.0nm。同时该纳米晶的环境稳定性也显著提升,在测试环境(温度60℃、湿度60%RH)下存放10天后,其发光强度仍能保持初始荧光发射强度的60%以上。此工作较大程度上改善了CsPbCl_(3)钙钛矿纳米晶存在的问题,对于其实际应用存在重大意义。

Green and red up-conversion emissions and thermometric application of Er^(3+) -doped silicate glass

The green and red up-conversion emissions centred at about 534, 549 and 663 nm of wavelength, corresponding respectively to the ^2H11/2 → ^4I15/2, ^4S3/2 → ^4I15/2 and ^4F9/2 → ^4I15/2 transitions of Er^3＋ ions, have been observed for the Er^3＋-doped silicate glass excited by a 978 nm semiconductor laser beam. Excitation power dependent behaviour of the up-conversion emission intensity indicates that a two-photon absorption up-conversion process is responsible for the green and red up-conversion emissions. The temperature dependence of the green up-conversion emissions is also studied in a temperature range of 296-673 K, which shows that Er^3＋-doped silicate glass can be used as a sensor in high-temperature measurement.

双钙钛矿结构Rb_(3)GaF_(6)∶Er^(3+),Yb^(3+)的合成及上转换发光特性研究

双钙钛矿结构化合物具有化学稳定性高、声子能量低、易于稀土离子掺杂和多种可调变的晶体学格位等优点,是一种优良的上转换发光基质材料。本文采用高温固相法在600℃下合成了双钙钛矿结构Rb_(3)GaF_(6)∶Er^(3+),Yb^(3+)上转换发光材料,并采用X射线粉末衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(SEM)和荧光光谱仪对其成分、结构和发光特性进行系统表征。在980 nm激发下,制备的样品在521和548/561 nm处产生的绿光发射分别归因于Er^(3+)的^(2)H_(11/2)-^(4)I_(15/2)、^(4)S_(3/2)-^(4)I_(15/2)能级上的电子跃迁,同时在656 nm处产生的红光发射对应于Er^(3+)的^(4)F_(9/2)-^(4)I_(15/2)能级上的电子跃迁。此外,本文探究了Rb_(3)GaF_(6)∶Er^(3+),Yb^(3+)的上转换发光机理。