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%。

Er^(3+)/Yb^(3+)/Pr^(3+):SrLaGaO_(4)晶体的光谱分析及中红外发射增强

采用非化学计量配比的提拉法成功生长出Er^(3+)/Yb^(3+)/Pr^(3+):SrLaGaO_(4)晶体、Er^(3+)/Yb^(3+):SrLaGaO_(4)和Er^(3+):SrLaGaO_(4)晶体并进行了详细的光谱分析,同时对纯的SrLaGaO_(4)晶体进行了热学性能分析。与Er^(3+):SrLaGaO_(4)晶体相比,Er^(3+)/Yb^(3+)/Pr^(3+):SrLaGaO_(4)晶体不仅展示了更好的吸收特性,而且还表现出较弱的近红外发射,以及优异的中红外发射;Er^(3+)/Yb^(3+)/Pr^(3+):SrLaGaO_(4)晶体中2.7μm铒激光下能级4I13/2的荧光寿命显著减少,而上能级4I11/2的寿命略微下降,成功抑制了自终止效应。此外,本工作还研究了Er^(3+)/Yb^(3+)/Pr^(3+):SrLaGaO_(4)晶体中Yb^(3+)的敏化作用和Pr^(3+)离子的去激活作用以及能量传递机制。总之,引入Yb^(3+)和Pr^(3+)有利于在Er^(3+)/Yb^(3+)/Pr^(3+):SrLaGaO_(4)晶体中实现增强的2.7μm发射,这使其成为中红外激光有前途的候选材料。

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。

GdNbO_4∶Er^(3+)/Yb^(3+)荧光粉的上转换发光与温度特性

采用传统高温固相法制备了GdNbO_4∶10%Yb^(3+),x%Er^(3+)荧光粉。利用XRD对样品的晶体结构进行了分析,结果表明所得的样品为纯相。在980nm光纤激光器激发下,测量了样品的上转换发射光谱,实验发现样品发生了浓度猝灭。利用荧光强度比(FIR)方法研究了GdNbO_4∶Yb^(3+)/Er^(3+)荧光粉的温度传感特性,结果表明灵敏度随温度的升高先增大后减小。建立了Er^(3+)的两个绿色发射能级的温度猝灭物理模型并用其成功解释了样品的绿色上转换发光温度猝灭现象。

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。

动态缺陷导致Na_(3)Sc_(2)(PO_(4))_(3):Yb^(3+),Er^(3+)材料上转换和下转移发光不同热猝灭行为研究

掺Eu^(2+)的离子导体Na_(3)Sc_(2)(PO_(4))_(3)具有优异的抗热猝灭性能,是一种很有前景的大功率照明用发光材料。然而,其负热猝灭机理仍有待深入研究。本文以Yb^(3+)/Er^(3+)的f-f跃迁上转换和下转移窄带发射而非更易受干扰的Eu^(2+)d-f跃迁发射为研究对象,旨在获得更清晰的机理。结果表明,热致缺陷/离子的动态迁移能促进高温下辐射跃迁和抑制非辐射跃迁,导致上转换发光具有显著的负热猝灭,下转移发光热猝灭较小。其中,布居速率较慢的上转换过程更容易受到时间尺度与之相当的Na^(+)/空位迁移过程的影响。本研究可为理解发光材料热猝灭机制提供另一种视角。

NaGd(MoO_(4))_(2)∶Er^(3+),Yb^(3+)发光粉的合成与上转换发光性质

采用水热法合成了系列NaGd(MoO_(4))_(2)∶Er^(3+),Yb^(3+)上转换发光粉。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和上转换发光光谱仪等对样品的结构、形貌和发光性能进行表征。结果显示,合成的样品均具有四方晶系NaGd(MoO_(4))_(2)结构;pH对样品的形貌有影响;980nm红外光激发下,NaGd(MoO_(4))_(2)∶Er^(3+),Yb^(3+)上转换发光粉显示来自于Er^(3+)的^(2)H_(11/2)→^(4)I_(15)和^(4)S_(3/2)→^(4)I_(15/2)跃迁产生的绿光发射和4I 9/2→4I 15/2跃迁产生的红光发射。比较各样品的发光强度和绿光/红光相对积分强度比,结果显示上转换发光强度和绿光/红光相对积分强度比与晶粒尺寸、晶粒表面形貌,以及Er^(3+)和Yb^(3+)掺杂浓度有关。讨论了可能的上转换发光过程,并计算了样品的色坐标。

水热法合成纳米晶NaYF4：Er^3＋，Tm^3＋，Yb^3＋的上转换发光特性

以EDTA为络合剂,用水热法合成了Er3+,Tm3+和Yb3+共掺杂的NaYF4纳米晶。XRD和TEM的结果表明:粒径约为30 nm,属于六方晶系。在980 nm半导体激光器激发下,研究了不同Er3+离子掺杂浓度对Tm3+和Er3+离子上转换发光性能的影响,光强与泵浦功率的双对数曲线表明,474,525,539,650 nm的发射均属于双光子过程,408 nm的发射属于三光子过程。讨论了样品的协作敏化和声子辅助共振能量传递的上转换发光机制。

Er^(3+),Yb^(3+)∶YAl_3(BO_3)_4晶体的光谱性质研究

采用助熔剂法生长了Er3 + ,Yb3 + 共掺的YAl3 (BO3 ) 4 晶体 ,测量了晶体的室温吸收谱。由此吸收谱 ,根据Judd Ofelt理论计算了Er3 + 在Er3 + ,Yb3 + ∶YAl3 (BO3 ) 4 晶体中的强度参数、自发辐射几率、积分发射截面等参数。强度参数为Ω2 =2 .4 4× 10 -2 0 cm2 、Ω4=2 .0 0× 10 -2 0 cm2 、Ω6=6 .10× 10 -2 0 cm2 。研究了晶体的荧光特性 ,并在 976nm激光泵浦下得到了上转换绿色荧光。

Er^(3+)/Yb^(3+):KG(WO_4)_2的熔盐提拉法生长及光谱性能

采用熔盐提拉法生长了尺寸达30mm×25mm×15mm的Er3+/Yb3+:KGd(WO4)2透明晶体,从中切出5mm×5mm×3mm大小的激光器件,在室温下测试了吸收光谱,可以观察到晶体存在366,380,489,522,651,811,980nm等吸收峰,并对之进行了能级归属。同时在980nm激光激发下测试了荧光光谱,可以发现在1024,1535nm处存在较宽的强发射峰,其半高宽分别为60和36nm。研究结果表明,Er3+/Yb3+:KG(WO4)2适合于InGaAsLD(980nm)泵浦,有可能产生1024nm波段及人眼安全的1535nm波段的可调谐激光。

YLiF_4:Er^(3+),Tm^(3+),Yb^(3+)中Tm^(3+)浓度对上转换发光的影响

利用水热法合成了YLiF4:Er3+,Tm3+,Yb3+,其中Er3+和Yb3+的浓度保持固定不变,分别为1 mol%和1.5 mol%,Tm3+浓度变化范围是2 mol%~8 mol%。在这种共掺杂体系中,同时观察到了Er3+,Tm3+和Yb3+的吸收,且Tm3+的吸收随着其浓度的增强而增强。在980 nm光的激发下,当Tm3+浓度很小时,这种材料的上转换发光为白光。其中蓝光主要来源于Tm3+的激发态1G4到基态3H6的跃迁,绿光来源于Er3+的4S3/2和2H11/2到基态4I15/2的跃迁,红光既来源于Tm3+的1G4→3F4的跃迁,也来源于Er3+的4F9/2→4I15/2的跃迁。并且这种上转换发光强度随着Tm3+浓度的增强而降低,但对应不同能级跃迁的发光强度降低的幅度不同,这是因为Er3+和Tm3+之间的相互作用。

不同波长激发下YLiF_4∶Er^(3+),Tm^(3+),Yb^(3+)的发光

水热法合成了YL iF4∶Er3+,Tm3+,Yb3+,其中Er3+、Yb3+和Tm3+的摩尔分数分别为1%、1.5%和2%。当用355 nm光激发时,其发光为蓝色,峰值位于450 nm,对应于Tm3+的1D2→3F4跃迁。用378 nm激发时,发光为绿色,主要发光峰位于552 nm。980 nm光激发时,发光为白色,发光峰分别位于665(651),552(543),484,450 nm处,并在648 nm处还观察到了一个发光峰,其中最强的发射为红光。YL iF4∶Er3+,Tm3+,Yb3+的蓝光来源于Tm3+的激发态1G4到基态3H6的跃迁,绿光来源于Er3+的4S3/2和2H11/2到基态4I15/2的跃迁,红光既来源于Tm3+的1G4→3F4的跃迁,也来源于Er3+的4F9/2→4I15/2的跃迁。在上转换发光中,还探测到了紫外光359 nm的发射。监测665 nm得到的激发光谱不同于监测552 nm的激发光谱,在665 nm的激发光谱中出现了对应Tm3+的1G4能级的峰。在双对数曲线中,蓝光484 nm、绿光552 nm和红光665 nm的斜率分别为2.25、2.28和2.21,紫外光359 nm的斜率为2.85。因此在980 nm激发下,蓝光484 nm、绿光552 nm和红光665 nm都是双光子过程,紫外光359 nm的发射是三光子过程。

TSSG法生长Er^(3+)/Yb^(3+):KY(WO_4)_2激光晶体及性能表征

采用TSSG法生长出尺寸为15mm×18mm×25mm的Er3+/Yb3+:KY(WO4)2晶体,XRD分析表明所生长的晶体为β-Er/Yb:KYW。对晶体进行了TG-DTA分析,结果表明晶体的相转变温度和熔点分别为1031℃和1067℃。测得晶体的红外和拉曼光谱,并对峰值与相应的原子基团振动进行了指认。测得样品的吸收光谱,结果表明晶体在380nm,525nm,933nm和981nm处都存在较强的吸收峰,并计算出主峰981nm的吸收截面积σabs=3.2×10-20cm2。分别用激发源为488nm和978nm对晶体进行了荧光光谱测试,并测得978nm激发时荧光寿命为4.8ms。对比分析表明在Er:KYW中掺入Yb3+作为敏化离子是可行的,能够提高对泵浦光吸收,有利于得到更强的1540nm的激光。

Na^＋掺杂KLaF4∶Er^3＋/Yb^3＋纳米晶上转换发光性能的研究

采用水热法,以乙二胺为络合剂合成了Na^+离子掺杂的六方相KLaF_4∶Er^(3+)/Yb^(3+)纳米晶。利用X射线衍射谱(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、红外光谱(FT-IR)对样品的晶体结构、形貌和表面吸附进行了表征;测量了不同含量Na+掺杂样品在980 nm近红外光激发下的上转换发射光谱和4F9/2能级的荧光寿命。结果表明:随着Na^+掺杂浓度的增加,KLaF_4∶Er^(3+)/Yb^(3+)纳米晶上转换红绿光的发光强度均呈现出先增大后减小的趋势,红绿光发射最强强度分别为未掺Na+样品的7.3倍和5.2倍。Na^+掺杂使Er^(3+)离子周围晶场的不对称性降低和纳米晶表面吸附基团的减少是发光增强的主要原因。针对Na+掺杂样品的荧光寿命低于未掺样品的原因作了简要讨论。

LD脉冲泵浦Er^(3+)/Yb^(3+):Lu_(2)Si_(2)O_(7)晶体百kHz激光器

目前1.5μm激光二极管(Laser Diode,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高重频的激光输出。报道了一种通过LD脉冲端面泵浦Er^(3+)/Yb^(3+):Lu_(2)Si_(2)O_(7)晶体的百kHz人眼安全激光器。通过实验优化增益介质掺杂浓度和长度、泵浦光斑尺寸和调Q晶体初始透过率等实验参数,同时适当缩短脉宽,优化泵浦占空比,提高了输出重频的稳定性。最终获得了重频为100 kHz、单脉冲能量0.7μJ、脉冲宽度240 ns、光束质量M^(2)=1.61的1537 nm脉冲激光输出。实现了输出脉冲频率与泵浦的一致,保证了输出重频的稳定性,有效解决了输出重频具有随机性、不稳定、不可控等问题。

YLiF_4:Er^(3+),Yb^(3+)中敏化剂浓度对发光的影响

用水热法合成了YLiF4:Er3+,Yb3+,Er3+的浓度固定为2 mol％,Yb3+浓度变化范围是0-7 mol％。在这个浓度范围内,980 nm附近的吸收随着Yb3+浓度的增大而增强。用980 nm激发得到的上转换 发光强度随Yb3+浓度的增大而增强。在Yb3+浓度低于6 mol％时,上转换发光强度随Yb3+浓度的增大变化 的比较缓慢,当Yb3+浓度超过6 mol％时,上转换发光突然增强。以Yb3+浓度是2 mol％的样品为代表,研 究了Er3+对应红光、绿光发射的激发光谱,并测试了不同波长激发下的红光发射和绿光发射,证明红光发 射是来源于4F9／2→2I15/2,绿光是来自4S3／2→2I15／2和2H11/2→2I15／2。它们的上转换过程都是双光子过程。

980nm激发下YLiF_4∶Er^(3+),Tm^(3+),Yb^(3+)中的能量传递过程

利用水热法合成了YLiF4∶Er3+,Tm3+,Yb3+,其中Er3+、Yb3+和Tm3+的摩尔分数分别为2%、1.5%和2%。在这种共掺杂体系中,在980nm光的激发下,材料的上转换发光为白光,发光峰不仅分别位于665nm(651nm)、552nm(543)、484nm和450nm处,并在648nm处还观察到了一个发光峰,其中最强的发射为红光。蓝光主要来源于Tm3+的激发态1G4到基态3H6的跃迁,绿光来源于Er3+的4S3/2和2H11/2到基态4I15/2的跃迁,红光既来源于Tm3+的1G4→3F4的跃迁,也来源于Er3+的4F9/2→4I15/2的跃迁。不同发射对应的激发光谱略有不同,当用不同波长光激发时,得到的发光不同,由此证明了Tm3+和Er3+之间存在能量传递,并且这种能量传递增强了红光的发射,降低了绿光的发射。

亲水性CIT-NaYF_(4)∶Yb^(3+),Ho^(3+)纳米粒子的制备及其发光性能研究

采用溶剂热法制备了油溶性稀土掺杂上转换纳米粒子NaYF_(4)∶Yb^(3+),Ho^(3+),并利用TEM、XRD、IR、荧光光谱法等考察了反应温度、反应时间、掺杂比等反应条件对纳米粒子形貌、结构、发光性能的影响。结果表明,在反应温度为300℃、反应时间为50 min、稀土离子掺杂比为NaYF_(4)∶20%Yb^(3+),2%Ho^(3+)条件下,制备出的油溶性NaYF_(4)∶Yb^(3+),Ho^(3+)纳米粒子呈标准六方晶型,尺寸均一、单分散性好,平均粒径为31.55 nm。通过表面配体交换法成功将柠檬酸修饰在其表面,转为亲水性CIT-NaYF_(4)∶Yb^(3+),Ho^(3+)纳米粒子。

基于NaYF_4∶Yb^(3+),Er^(3+)上转换发光纳米晶的复合微球组装及其光动力活性

采用微乳液法,以NaYF4∶Yb3+,Er3+纳米晶为发光基元,肽菁锌(Zn Pc)光敏分子与十八碳烯-马来酸酐共聚物(PMAO)为功能分子,一步组装获得了NaYF4-Zn Pc-PMAO复合微球,此微球同时具备成像与光动力活性功能,NaYF4可作为低生物背景的荧光成像剂,同时其上转换发光可以敏化Zn Pc用于光动力活性研究,PMAO分子经过简单的水解反应即可实现表面羧基功能化。TEM,Zeta电位与PL测试证实了微球的结构与性能。利用荧光共聚焦成像技术实现了对Hela细胞的发光成像;进一步通过单线态氧监测及980 nm光照下的MTT法细胞活性测试表明微球具有光动力活性功能。