用于物品安全的Yb~(3+)单掺纳米颗粒的制备与表征

为了提高稀土荧光防伪系统的防伪力度,采用沉淀法制备了用于物品安全的Yb~(3+)单掺杂NaYF_4纳米颗粒。利用FT-IR分析了制备过程中间产物的化学组成。利用XRD和TEM对产物的形貌结构进行表征,并结合吸收光谱和发射光谱图,分析了不同掺杂浓度NaYF_4∶Yb~(3+)纳米颗粒发光特性。实验结果表明,Yb~(3+)与苯甲酸钠反应生成了多齿配合物,验证了苯甲酸钠在制备过程中起络合作用。在N_2氛围中经400℃煅烧4 h得到β-NaYF_4∶Yb~(3+)纳米颗粒,平均粒径为86 nm。该纳米颗粒在900 nm光的激发下具有930 nm～1080 nm的不可见红外发射(归属于Yb~(3+)的~2F_(7/2)→~2F_(5/2)),980 nm激发下具有475 nm的蓝色可见发射(归属于Yb~(3+)对的合作上转换发光),最大红外发射和蓝色上转换发射的样品掺杂浓度分别为5%和20%。研究结果表明NaYF_4∶Yb~(3+)纳米颗粒在物品追踪领域具有良好的应用前景。     

Er~(3+)/Yb~(3+)掺杂NaY(MoO_4)_2荧光粉的制备及其上转换发光性能研究

采用高温固相法合成了一系列Er~(3+)单掺和Er~(3+)/Yb~(3+)共掺NaY(MoO_4)_2荧光粉样品。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、激光粒度仪和荧光光谱仪分别对样品的相纯度、微观形貌、粒径分布和上转换发光性能进行了表征。在980 nm激光激发下,Er~(3+)单掺和Er~(3+)/Yb~(3+)共掺样品的发射光谱中均能观测到中心波长位于536 nm、560 nm的上转换绿光发射和位于660 nm的红光发射,分别归因于Er~(3+)的~2H~(11/2)→~4I_(15/2)、~4S_(3/2)→~4I_(15/2)和~4F_(9/2)→4I_(15/2)能级跃迁。在Er~(3+)单掺体系中共掺Yb~(3+),可以轻松实现由上转换绿光到红光的转变。NaY_(1-x-y)(MoO_4)_2∶x Er~(3+),y Yb~(3+)样品中最优的Er~(3+)/Yb~(3+)掺杂浓度和最佳的烧结温度为x=0.04、y=0.5、T=850℃。基于泵浦依赖和能级图,在Er~(3+)单掺和Er~(3+)/Yb~(3+)共掺体系上转换发光过程中所涉及的能量转移机制被详细讨论。     

Yb~(3+),Er~(3+)掺杂Y_2Ti_2O_7荧光粉的制备与上转换发光机理

采用溶胶-凝胶法制备合成了(Y_(0.98-x)Yb_xEr_(0.02))_2Ti_2O_7(x=0, 0.02, 0.04,…,0.10)荧光粉,分别采用XRD和荧光光谱仪对样品的结构和上转换发光性能进行了表征.研究了Yb~(3+)掺杂浓度对样品上转换发光性能的影响,并对样品的发光机理进行了研究.结果表明,所得样品为面心立方结构的烧绿石相.在980 nm激发下,样品展现出很强的上转换荧光发射并且发光颜色可以通过Yb~(3+)掺杂浓度来调节.样品上转换绿光和红光发射均为双光子过程并且交叉弛豫过程在上转换红光发射过程中占据主导作用.     

镧系离子掺杂NaLuF_4纳米晶的可控合成及上转换发光性质研究

采用水热法制备了镧系离子Gd~(3+)/Yb~(3+)/Tm~(3+)和Dy~(3+)/Yb~(3+)/Tm~(3+)掺杂的NaLuF_4纳米晶。对样品进行了X-射线衍射分析(XRD)和上转换光谱分析。XRD结果显示所制备的NaLuF_4纳米晶的晶相结构、尺寸可通过简单的Gd~(3+)、Dy~(3+)掺杂方法来调控,随着Gd~(3+)、Dy~(3+)掺杂浓度的增加NaLuF_4纳米晶倾向于形成六角相结构,说明高的Gd~(3+)、Dy~(3+)浓度能够促进立方相向六角相的转变,有利于六角相结构的形成,为制备结构精确可控的纳米晶提供了一种简单的方法。在980 nm激光激发下,所制备的Gd~(3+)/Yb~(3+)/Tm~(3+)共掺的NaLuF_4纳米晶具有强的476 nm的蓝光发射,并且随着Gd~(3+)浓度的增加上转换发光强度逐渐减弱。     

Ho~(3+)-Yb~(3+)掺杂β-NaYF_4纳米晶的近红外荧光与能量传递

用共沉淀法制备了Ho~(3+),Yb~(3+)掺杂的β-NaYF_4纳米晶,测量并分析了不同Yb~(3+)掺杂浓度下NaYF_4∶Ho~(3+),Yb~(3+)的荧光光谱与荧光衰减曲线。结果表明,在447 nm泵浦光激发下,较强的近红外光发射主要来源于Ho~(3+)-Yb~(3+)之间高效的能量传递过程。被泵浦光激发的Ho~(3+)通过~5F_4,~5S_2能级与~5F_5能级将能量传递给Yb~(3+),使Yb~(3+)从基态~2F_(7/2)能级跃迁到~2F_(5/2)能级。同时,处于~2F_(5/2)能级的Yb~(3+)可以将能量再传递给Ho~(3+)的~5I_6能级从而增强Ho~(3+)离子~5I_6→~5I_8的跃迁发光。在所研究的样品中,NaYF_4∶3%Ho~(3+),3%Yb~(3+)表现出最强的近红外荧光发射,其980 nm附近的荧光强度是NaYF_4∶3%Ho~(3+)样品的18倍。较强的近红外光发射使得NaYF_4∶Ho~(3+),Yb~(3+)材料在提高太阳能电池的光电转换效率以及进行荧光标记等方面有潜在的应用价值。     

Zn~(2+)掺杂增强NaY(MoO_4)_2:Yb~(3+),Ho~(3+)荧光粉的上转换发光性能研究

采用高温固相法制备了一系列的NaY_(0.78-x)(MoO_4)_2∶0.2Yb~(3+),0.02Ho~(3+),xZn~(2+)(x=0,0.05,0.1,0.15,0.2,0.25)荧光粉。通过X射线衍射仪、扫描电镜以及荧光光谱仪分别对样品的结构、形貌和荧光性能进行了表征。结果表明Zn~(2+)的掺杂可以通过替换Y~(3+)格位和占据晶格间隙的方式进入基质晶格。在980nm激光激发下,样品呈现出了强烈的绿光(551nm)和相对微弱的红光发射(668nm),分别归因于Ho~(3+)的~5F_4,~5S_2→~5I_8和~5F_5→~5I_8跃迁。Zn~(2+)的掺杂可以使上转换发光强度显著增强,其原因是Zn~(2+)掺杂产生了O~(2-)空位而且可以裁剪Ho~(2+)周围的局域晶体场对称性。基于泵浦依赖的研究,对能级图和可能的上转换发光机理进行了详细的讨论。     

上转换发光晶体β-NaYF_4∶Yb~(3+),RE~(3+)的合成方法研究进展

稀土上转换发光晶体在近红外光的激发下能够发出可见光,化学组成为β-NaYF_4∶Yb~(3+),RE~(3+)(RE=Tm,Ho和Er)的晶体是发射绿色、蓝色和红色可见光的最佳材料。综述了用水热法、热分解法和有机溶剂热法合成稀土上转换发光晶体研究现状,系统阐述了各种方法有机试剂、前驱体摩尔比、掺杂Gd~(3+)、反应温度和时间等条件对β相上转换晶体形貌和粒度的影响,并对在生物医学领域应用的粒度10 nm的核壳型上转换发光晶体合成方法以及拓展其应用领域进行了展望。     

Yb~(3+)共掺杂Sr_2MgSi_2O_7∶Eu~(2+),Dy~(3+)长余辉发光材料的制备与性能研究

通过高温固相法制备了Sr_2MgSi_2O_7∶Eu~(2+),Dy~(3+),Yb~(3+)长余辉发光材料。采用XRD、SEM、激发光谱、发射光谱和余辉衰减曲线对Sr_2MgSi_2O_7∶Eu~(2+),Dy~(3+),Yb~(3+)长余辉发光材料的微观结构以及光学性能进行了表征,研究结果表明Sr_2MgSi_2O_7∶Eu~(2+),Dy~(3+),Yb~(3+)长余辉发光材料的晶体结构和显微结构均未发生明显变化。Yb~(3+)的引入使得Sr_2MgSi_2O_7∶Eu~(2+),Dy~(3+)显示出更优良的荧光性能和余辉性能,不同Yb~(3+)掺量对长余辉发光材料的陷阱深度和电子传输速率有显著影响。实验表明,当Yb~(3+)掺杂量为0.03时,Sr_2MgSi_2O_7∶Eu~(2+),Dy~(3+),Yb~(3+)的荧光光谱相对强度最强,且表现出最佳的余辉衰减性能。     

Eu~(3+)∶ZnO_(1-x)S_x-SiO_2发光材料的制备与发光性质

采用溶胶凝胶法与沉淀法相结合的方法,制备Eu3+∶ZnO1-xSx-SiO2红色发光材料,通过DTA-TG、IR、XRD、TEM、EDS、激发和发射光谱等测试手段,研究材料的结构和发光性能。DTA-TG结果表明,样品在400℃以上,样品结构基本达到稳定状态;IR测试表明,样品中主要存在Si-O-Si键、Zn-S键、Si-O4基团,温度达到800℃时Zn-S键变强,且Si-O-Si三维网络结构的形成有利于Eu3+的掺杂和发光;1000℃时Si-O4基团发生分裂现象,分为三个峰,同时部分ZnS被氧化为ZnO,该变化破坏了SiO2形成的大的三维网络结构,使Si-O-Si桥氧键断开,形成非桥氧键,此结构不利于Eu3+的发光,说明800℃时样品的发光性能最好。XRD测试表明,样品属于晶态,主要以ZnO、ZnS、Zn2SiO4的形式存在。TEM和EDS结果表明,样品呈类球状,含有Zn、O、Si、Eu、S元素,其中S的含量约为2.40%(原子分数),说明S被有效地掺入样品中。激发和发射光谱测试表明,在612 nm检测波长下,其最佳激发波长为紫外光395 nm,最佳退火温度为800℃,Eu3+最佳掺杂量为10%(原子分数),并证明Eu3+∶ZnO1-xSx-SiO2材料发光强度约是Eu3+∶ZnO-SiO2发光强度的6倍,说明S的引入可以有效的提高发光性能。     

CaMoO_4∶Eu~(3+),M~+(M=Li,Na,K)粉体的制备与发光性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了Ca_(1-1.5x)MoO_4∶xEu~(3+)和Ca_(0.5)MoO_4∶0.25Eu~(3+),M~+(M=Li,Na,K)荧光粉,并对样品的物相结构、颗粒形貌及发光性能进行了分析。结果表明,样品属于四方晶系,颗粒接近八面体形状,大小为2~3μm。激发光谱显示,样品的激发中心分别位于364 nm、386 nm、396 nm、419 nm和466 nm,最大激发峰值位于396 nm。在396 nm近紫外光激发下,样品的发射中心分别位于596 nm、616 nm、656 nm、704 nm,特征发射峰为616 nm,Eu3+离子掺杂浓度为25%(体积分数)时发光强度最强,引入的3种电荷补偿剂M~+(M=Li,Na,K)中,Li+对发光强度的提高最为显著。     

Dy~(3+)替位敏化CaWO_4∶Eu~(3+)荧光材料及其发光性能

采用微乳液法合成具有不同Dy~(3+)掺杂浓度的CaWO_4∶Eu3+,Dy~(3+)荧光粉。通过使用TEM和XRD对荧光体的形貌和结构进行表征,荧光分光光度计测试其光致发光谱。实验结果表明,在395 nm光源激发下,Dy~(3+)掺杂浓度为0.5%(摩尔分数)和8%时会极大地提高Eu3+的特征发光;在272 nm光源激发下,0.5%Dy~(3+)掺杂会提高Eu3+的特性发光,而Dy~(3+)高浓度掺杂则抑制CaWO_4基质和Eu3+的特征发光。因此,在紫外光激发下低浓度掺杂Dy~(3+)可以增强CaWO_4∶Eu3+荧光材料的发光特性。     

NaYF4∶Yb,Er材料的制备及其上转换发光性能

通过沉淀法制备Yb3+和Er3+共掺的NaYF4上转换发光材料,考察了主要制备工艺条件对材料上转换发光性能的影响,并探讨了其上转换发光的机理.利用x射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、荧光光谱仪对样品进行了表征.结果表明,Yb3+和Er3+的掺杂浓度分别15％(摩尔分数,下同)、3％,焙烧温度为600℃时可得到发光性能较好的六方相NaYF4∶Yb,Er上转换材料,其主要上转换途径是Yb3+和Er3+之间的能量转移,且Er3+的红、绿光发射均为双光子过程.     

Sr_2Al_2SiO_7∶Eu~(2+)发光材料制备及性能研究

采用溶胶凝胶-燃烧还原法在1100℃,p H 3~4的条件下制取了Eu~(2+)掺杂铝硅酸锶发光材料,通过TG-DTA、XRD和荧光光谱分析等方法,研究了材料的结构和发光性能,并对Eu~(2+)不同掺杂浓度下的发光性能进行了对比研究。结果表明,样品干凝胶的分解可以分为熔化、有机物的分解及Sr_2Al_2SiO_7∶Eu~(2+)晶相的生成三个阶段,1100℃所有反应完全;Sr_2Al_2SiO_7∶Eu~(2+)发光材料属于正方晶系晶体结构,其激发光谱是位于峰值344 nm~350nm的宽带谱,发射光谱峰值位于455 nm,最大发射光谱强度为7500 mcd;Eu2+掺杂浓度对其发光性能影响较大,在实验条件下掺杂摩尔浓度为0.04时激发光谱和发射光谱强度均达到最大。     

单基质白光荧光粉Gd_3PO_7∶Dy~(3+)的制备及其性能研究

采用湿化学法合成单基质的白光发射的Gd_3PO_7∶Dy~(3+)荧光粉,使用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、荧光光谱等对样品的物相结构、形貌与光学性能等进行表征。XRD检测结果表明所制备的样品为含有微量杂质相的Dy~(3+)掺杂单斜结构的Gd_3PO_7晶体。荧光光谱检测结果表明在276 nm属于Gd~(3+)的特征激发带激发下,发射出Dy~(3+)的特征黄色光发射带(~4F_(9/2)→~6H_(13/2))与蓝色光发射带(~4F_(9/2)→~6H_(15/2)),证实在Gd_3PO_7∶Dy~(3+)样品中出现了由Gd~(3+)到Dy~(3+)的能量传递现象。样品的发光强度随pH值和Dy~(3+)掺杂量的变化而变化,在pH值为6.00、Dy~(3+)掺杂量为0.5%的条件下制备的样品呈现相对更强的发光强度。Dy~(3+)掺杂量直接影响着Gd_3PO_7∶Dy~(3+)样品的发光颜色,当Dy~(3+)掺杂量为3%时所制备的Gd_3PO_7∶Dy~(3+)样品可发射出色坐标为(0.335,0.345)的白色光,这表明Gd_3PO_7∶Dy~(3+)是一种潜在的单基质白光发射荧光材料。     

Tb~(3+)掺杂BiPO_4基绿色荧光粉的共沉淀法合成及发光性质

以(NH4)2HPO4为沉淀剂,采用共沉淀法合成Tb3+掺杂BiPO4基绿色荧光粉。通过DTA-TG、XRD、IR等方法对荧光粉的结构、组成进行了表征。结果表明,在室温条件下得到了纯六方相BiPO4∶Tb3+,当退火温度为400℃时,开始出现单斜相,温度升高到600℃以上时晶相转变为纯单斜相BiPO4∶Tb3+。利用激发光谱和发射光谱研究了Tb3+在BiPO4基质中的发光性能,六方相和单斜相BiPO4∶Tb3+样品均可发光,在紫外光377 nm紫外光的激发下测定的六方相和单斜相BiPO4∶Tb3+发射光谱的峰位相同,主要发射峰出现在544 nm处强的5D4→7F5跃迁和490 nm、590 nm、622 nm处弱的5D4→7F6、5D4→7F4、5D4→7F3跃迁。当BiPO4∶Tb3+为单斜相时Tb3+在BiPO4基质中的发光强度明显强于六方相BiPO4∶Tb3+。     

溶胶-凝胶法制备YAG:Ho~(3+),Yb~(3+)纳米晶

以稀土氧化物和硝酸铝为原料,采用溶胶-凝胶法合成了YAG:1%Ho~(3+),1%Yb~(3+)纳米晶,并通过正交试验法确定其干凝胶的合成条件.采用DTA-TG、XRD及TEM对干凝胶的合成过程、纳米晶的晶相组成及形貌进行了研究,表明干凝胶经1 200 ℃煅烧后形成了结晶完全的YAG相,无中间相产生.吸收光谱和上转换发射光谱分析表明,Yb~(3+)在材料的发光过程中具有传递能量的作用,Ho~(3+)在跃迁过程中发射出中心波长为650 nm的红色上转换荧光及540 nm的绿色上转换荧光.     

Yb3+，Er3+掺杂Y2Ti2O7荧光粉的制备与上转换发光机理研究

采用溶胶-凝胶法制备合成了(Y_0.98-xYb_xEr_0.02)₂Ti₂O₇(x=0, 0.02, 0.04...0.10)荧光粉, 分别采用XRD和荧光光谱仪对样品的结构和上转换发光性能进行了表征.研究了Yb3+掺杂浓度对样品上转换发光性能的影响, 并对样品的发光机理进行了研究.结果表明, 所得样品为面心立方结构的烧绿石相.在980nm激发下, 样品展现出很强的上转换荧光发射并且发光颜色可以通过Yb3+掺杂浓度来调节.样品上转换绿光和红光发射均为双光子过程并且交叉弛豫过程在上转换红光发射过程中占据主导作用.      

Tb3+掺杂复合材料LaF3-SiO2的制备和发光性能研究

采用溶胶-凝胶法在室温条件下制备了掺杂Tb3+的复合材料LaF3 -SiO2,通过XRD、TG-DTA、IR、激发和发射光谱研究了材料的结构和发光性能.结构表测试表明,在高于494℃时LaF3-SiO2:Tb3+转变为稳定的氟铈矿六方结构,800℃退火处理后,材料主要存在Si-O-Si键;发光性能研究表明,最佳退火温度为800℃;样品在544nm监测波长下,最佳激发波长为228nm,Tb3+的最佳掺杂摩尔浓度为0.48％.     

Eu~(3+)/Sm~(3+)共掺K_2Gd(WO_4)(PO_4)荧光粉的发光性能及热稳定性研究

采用高温固相法制备了K_2Gd_(1-x-y)(PO_4)(WO_4):x Sm~(3+),y Eu~(3+)新型红色荧光材料,通过利用X射线衍射谱(XRD)、荧光光谱对其结构及发光性能进行了研究。结果表明,稀土离子S~(3+)的掺入没有改变荧光粉的晶相;样品的激发光谱在394 nm有很强的激发峰,与近紫外LED芯片匹配,且Eu~(3+)的~5D_0→~7F_2电偶极跃迁表现出616 nm有较好的红光发射,Eu~(3+)的最佳掺杂量(摩尔分数)为y=0.3;Sm~(3+)进入晶格后,激发峰明显增强和变宽,表明Sm~(3+)对Eu~(3+)的发光起到敏化作用;K_2Gd_(0.68)(PO_4)(WO_4)∶0.3Eu~(3+),0.02Sm~(3+)样品在150℃时发光强度仍为初始温度的78%,具有良好的热稳定性且色纯度高,是一种潜在的白光LED用荧光粉。     

NaYF4:Yb,Er材料的制备及其上转换发光性能

通过沉淀法制备Yb3+和Er3+共掺的NaYF4上转换发光材料,考察了主要制备工艺条件对材料上转换发光性能的影响,并探讨了其上转换发光的机理。利用x射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、荧光光谱仪对样品进行了表征。结果表明,Yb3+和Er3+的掺杂浓度分别15%(摩尔分数,下同)、3%,焙烧温度为600℃时可得到发光性能较好的六方相NaYF4:Yb,Er上转换材料,其主要上转换途径是Yb3+和Er3+之间的能量转移,且Er3+的红、绿光发射均为双光子过程。