Ce3+掺杂ZnO光催化性能的研究

研究通过水热法制备了不同浓度Ce³⁺掺杂ZnO纳米材料。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线能谱分析(EDS)、光致发光光谱(PL)、比表面积(BET)等分析技术对所制备的样品进行了表征。其中,XRD证实了Ce³⁺的成功掺杂,PL显示Ce³⁺掺杂抑制了电子-空穴对的复合,BET发现Ce³⁺掺杂增大了ZnO的比表面积。在模拟日光条件下,对罗丹明B(RhB)水溶液进行光降解实验。实验结果表明,所有Ce³⁺掺杂样品的光催化性能都优于未掺杂的ZnO,并且发现Ce³⁺掺杂浓度为0.1%时,其光催化性能最佳,光催化RhB的降解率达到95.6%。同时对Ce³⁺掺杂ZnO的光催化机理提出了解释。     

Ce3+-Tb3+共掺杂黄磷炉渣微晶玻璃的发光与能量传递

以黄磷炉渣为原料,采用高温熔融法制备Ce³⁺-Tb³⁺共掺杂黄磷炉渣发光微晶玻璃,通过差热分析(DTA)、X射线衍射(XRD)、稳态/瞬态荧光(FLS)、CIE色度等探究不同的Tb³⁺掺杂量对微晶玻璃析出晶相、发光性能和样品色度的影响。结果表明,Ce³⁺和Tb³⁺的引入,微晶玻璃主晶相为硅灰石,在310 nm波长激发下,随着Tb³⁺掺杂量增加,位于380 nm处Ce³⁺的特征发射峰减小,543 nm处Tb³⁺的特征发射峰增强,证实Ce³⁺和Tb³⁺之间存在能量传递,能量传递效率达到24.55%。此外,通过调整Tb³⁺掺杂量,微晶玻璃发光颜色可由蓝光调至绿光,从而实现发光颜色的可控化。     

Ce3+掺杂闪烁玻璃的研究进展

闪烁玻璃由于制备工艺简单,尺寸灵活可控,成本低廉等优点,有望成为中国环形正负电子对撞机(CEPC)中强子量能器的候选材料。其中,以Ce³⁺发光中心掺杂闪烁玻璃有较好的闪烁性能。玻璃基质可以分为氧化物玻璃、卤化物玻璃和微晶玻璃。本文根据Ce³⁺掺杂不同玻璃基质分类,重点关注了Ce³⁺掺杂闪烁玻璃的光学透过率、光产额、衰减时间等闪烁性能和抗辐照特性。并且,总结了国内外以及闪烁玻璃合作组的最新研究成果。针对不同玻璃体系的研究现状,从玻璃组成与制备工艺等两个方面探讨了玻璃性能提升手段。最后,对Ce³⁺掺杂闪烁玻璃未来的研究发展方向做出了展望。     

CaF2:20Yb2Er/Na@CaF2: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CaF₂:20Yb2Er/Na@CaF₂: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CaF₂:20Yb2Er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，Er³⁺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Ce³⁺可以使得Er³⁺与Ce³⁺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，CaF₂:20Yb2Er/Na@CaF₂:Ce纳米颗粒在生物成像领域具有潜在的应用价值。     

实验优化设计中频反应溅射Al2O3:Ce薄膜发光性质研究

为了得到最优发光的薄膜材料成分参数,采用均匀设计和二次通用旋转组合设计相结合的方法建立发光强度与薄膜中氧含量和Ce³⁺ 离子掺杂浓度的回归方程,并用遗传算法求其取最大值时的解。用中频反应磁控溅射技术制备了相应成分的Al₂O₃:Ce非晶薄膜。在320nm光激发下,获得了较理想的发射光谱,对薄膜发光机理分析表明:薄膜的光致发光来自于Ce³⁺ 离子的5d1激发态向基态4f1的两个劈裂能级的跃迁。发光强度强烈的依赖于薄膜的掺杂浓度和氧元素含量。XPS检测表明,Al₂O₃:Ce薄膜中存在Ce³⁺ 。Ce³⁺ 含量和薄膜的化学成分是通过X射线散射能谱(EDS)测量的。薄膜试样的晶体结构应用X射线衍射分析。     

热激活延迟荧光增强型钙钛矿闪烁体及其X射线探测器（英文）

金属卤化物钙钛矿材料具有极高的射线衰减系数和优良的光电性能,基于其制备的光电探测器和闪烁体已成功用于X射线和γ-射线探测.然而,充分吸收高能射线需要相对较厚的光吸收层,但所需的厚度对于溶液法制备的钙钛矿薄膜来说很难达到.在这项工作中,我们设计了一种复合型器件,其不需要厚的钙钛矿吸收层,而是利用高荧光效率的钙钛矿闪烁体和性能优良的钙钛矿薄膜光电探测器充分吸收和利用X射线,从而提高X射线探测性能.而考虑到钙钛矿闪烁体严重的自吸收,我们将CsPbBr₃与含Cu(Ⅰ)的热激活延迟荧光配合物(MAC^*)Cu(Cz)混合,有效地实现了下转换发光,最大限度地提高了辐射发光量子效率.与商业闪烁体相比,混合闪烁体还实现了更短的余辉.此外,我们系统地研究对比了CsPbIBr₂探测器以及复合型探测器的性能指标,发现复合型探测器对X射线的探测灵敏度有显著提高,并且能够实现在X射线下清晰的成像.这项工作为提高X射线探测性能提供了一种新的思路,在应用层面具有巨大的潜力.     

浮区法生长Lu2Si2O7:Ce晶体的缺陷、光学和闪烁性能研究

通过浮区法制备得到LPS:0.5%Ce单晶样品, 并对其包裹体、开裂、闪烁和光学性能进行了研究,获得了晶体的电子探针谱、透过谱、77~500 K下的紫外激发发射谱、X射线激发发射谱和77~500 K下的衰减时间谱。研究发现晶体中存在解理开裂和热应力开裂, 同时存在两种类型的包裹体, 分别包含[Si₃O₉]^6-、阴离子团和过量的SiO₂。由于采用空气为生长气氛, 样品中部分Ce³⁺被氧化为Ce⁴⁺。浮区法LPS:0.5%Ce表现出较高的发光效率, 约为32000 ph/MeV。随着温度的升高, 样品的紫外激发发射谱逐渐向长波方向移动, 发射谱谱线随着温度的升高展宽, 导致自吸收的增加。衰减时间的温度转变点位于450 K, 表明LPS:Ce闪烁晶体适用于高温环境, 是一种性能优异的闪烁晶体。     

CaF2:Yb3+/Er3+/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CaF₂:Yb³⁺/Er³⁺纳米颗粒,通过改变Yb³⁺和Er³⁺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Yb³⁺掺杂浓度为20%,Er³⁺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。     

中子探测用含6Li玻璃闪烁材料最新进展

自上世纪50年代第一代玻璃闪烁材料开发以来, 玻璃闪烁材料在核物理、高能物理、工业探测(中子能谱测量、中子射线照相术及极端环境下α、β与γ射线的探测等)等领域发挥着越来越难以替代的作用. 中子探测用玻璃闪烁材料的研究集中于镧系离子(Ce³⁺、Tb³⁺、Pr³⁺等)掺杂含6Li、10B等中子吸收截面较大核素的硅酸盐、磷酸盐、铝酸盐上. 本文由中子探测用玻璃闪烁材料的性能特点、发展历程与发光机理出发, 重点关注了含⁶Li硅酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、氟氧玻璃及其它玻璃闪烁材料的制备方法、光学性能、荧光衰减时间及中子探测效率等性能研究, 并对玻璃闪烁材料的发展趋势及未来应用方向作出了展望.     

Mg共掺杂Gd3(Al,Ga)5O12:Ce晶体快发光的作用机理

Gd₃(Al,Ga)₅O₁₂:Ce (GAGG:Ce)闪烁体综合性能优异, 应用前景广阔。为加快GAGG的发光衰减速度, 本研究通过提拉法生长了Mg共掺的Gd₃(Al,Ga)₅O₁₂:Ce单晶。测试结果显示, 随着Mg²⁺掺杂浓度增加, 晶体的闪烁衰减速度加快, 光输出降低。传统解释认为, Mg²⁺通过电荷补偿作用将部分Ce³⁺转换成Ce⁴⁺, 后者的发光速度更快。本研究尝试从缺陷的形成与抑制的角度来讨论Mg改善GAGG:Ce晶体闪烁性能的作用机理。由于Ce的离子半径比Gd大, Ce离子掺入将导致发光中心Ce_Gd附近的晶格发生畸变。畸变结果为近邻的八面体格位空间变大, 反位缺陷将更容易在这些变大的八面体格位形成。最终每个发光中心Ce_Gd被四个反位缺陷Gd_Al包裹, 后者捕获载流子, 延缓从基体到发光中心的能量传递, 导致发光速度变慢。由于Mg的离子半径介于Gd和Al之间, Mg_Al将更容易在上述畸变的八面体格位形成, 这会抑制反位缺陷Gd_Al在发光中心Ce_Gd附近形成(或富集), 最终降低(甚至消除)反位缺陷对发光中心的不良影响。XEL测试结果显示, 随着Mg掺杂量增大, 与反位缺陷相关的发射峰强度变弱, 这可以证明Mg对反位缺陷有抑制作用。     

Cs2LiYCl6:Ce闪烁晶体的光学及闪烁性能

用坩埚下降法生长得到Cs₂LiY _0.95Cl₆: 5%Ce(CYLC)闪烁晶体, 通过X射线衍射分析证明Cs₂LiYCl₆:Ce的晶体结构属于钾冰晶石结构, 并与理论计算结果基本吻合。在吸收光谱中观测到源于Ce³⁺离子从4f向5d_1~5电子跃迁的吸收峰和自陷激子吸收峰。X射线和紫外激发和发射光谱测试表明, 位于300 nm的发光属于Cs₂LiYCl₆:Ce晶体的本征芯价发光, 321 nm的发光归因于自陷激子发光, 350~450 nm范围的发光属于Ce³⁺离子5d-4f 跃迁发光。在³⁷Cs源伽马射线激发下, CYLC晶体的能量分辨率达到8.1%, 衰减时间分别为58 ns和580 ns。综上所述可知, Cs₂LiYCl₆:Ce晶体将是一种在中子和伽马射线分辨领域具有广泛应用前景的闪烁晶体。     

Ce3+掺杂Li2O-MgO-Al2O3-SiO2玻璃的结构与荧光猝灭现象

采用熔融淬冷法制备了不同浓度Ce³⁺离子掺杂的20Li₂O-5MgO-20Al₂O₃-55SiO₂玻璃闪烁材料。采用X射线衍射(XRD)、高分辨透射电镜(HRTEM)技术、密度检测等方法研究了玻璃的微观结构随Ce³⁺离子掺杂浓度的变化规律, 采用荧光分光技术检测了玻璃的紫外光致激发光谱(PLE)、发射光谱(PE)。研究结果表明: 在不对称的晶体场作用下, Ce³⁺离子5d能级被劈裂为5个组分; 随着玻璃基质内Ce³⁺离子掺杂浓度增大, 玻璃的非晶化程度加深; 5d能级的劈裂宽度随之增大, 由此导致激发带向低能量端展宽、发射光谱明显红移; Ce³⁺离子的荧光发射强度随Ce³⁺离子掺杂浓度先升高、后降低, 浓度猝灭过程成为其荧光发射效率降低的主要原因。     

Zn2+掺杂诱导Eu3+激活BiOCl层状半导体的反常发光性能研究

采用固相法在500℃下成功制备Zn²⁺掺杂BiOCl:Eu³⁺层状半导体, 并研究了Zn²⁺ (0~20mol%)掺杂对Eu³⁺激活BiOCl层状半导体发光性能的影响。利用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、激发-发射光谱、荧光寿命衰减曲线对样品的结构和性能进行表征。研究发现, 随Zn²⁺掺杂浓度增大, BiOCl晶体结构不变, Eu³⁺荧光寿命延长, 但发光强度却出现先减后增的反常现象。综合分析表明这可能与BiOCl特殊的层状结构有关。通过XRD和XPS的表征可以推断: 当Zn²⁺掺杂浓度≤10mol%, Zn²⁺在BiOCl中掺杂方式以晶胞层间隙掺杂为主; 当Zn²⁺掺杂浓度>10mol%后, 掺杂方式逐渐向取代掺杂转变。两种掺杂机制对Eu³⁺荧光寿命的改变以及形成缺陷对基质能量传递效率的影响可能是形成上述反常现象的主要原因。研究结果有助于认识稀土掺杂层状半导体的发光性能及影响规律, 并对Eu³⁺掺杂BiOCl这类新型发光材料的开发设计具有指导意义。     

黄色荧光粉La3Si6N11∶Ce3+的结构、性能研究及第一性原理计算

运用高温固相法合成掺铈的氮化物荧光粉La₃Si₆N₁₁∶Ce³⁺。采用X射线衍射仪、能谱仪、荧光光谱仪对合成样品的结构、发光性能等进行研究，利用Rietveld方法对其结构精修，并计算了La₃Si₆N₁₁∶Ce³⁺的色坐标、色纯度和色温。结果表明：该荧光粉的色坐标为(0.4165,0.558),落在黄绿光区域，计算得到La_2.82Si₆N₁₁∶Ce_0.18³⁺的色纯度约为92.86%,具有较高的纯度，相关色温为4137K,属于中间色温。通过计算可得掺杂后La₃Si₆N₁₁∶Ce³⁺的带隙值为2.92eV,相对掺杂前略微减少，且La₃Si₆N₁₁∶Ce     

Mg掺杂TiO2纳米晶光氧化还原染料的可逆颜色转变研究

由于非直接接触、远程控制、高效及快捷的优点, 光可逆颜色转换材料在信息存储、显示器件、传感器等领域有着重要应用。复合无机材料和有机材料, 实现协同增效, 是新型光驱动可逆颜色转换材料的研究热点之一。本研究采用一步液相合成法制备粒径约为5 nm的锐钛矿型Mg²⁺掺杂TiO₂纳米晶, 通过X射线衍射、透射电子显微镜、X射线光电子能谱、红外光谱和拉曼光谱等表征手段确认材料的组成结构, 并对比研究了Mg²⁺掺杂TiO₂对亚甲基蓝(MB)光可逆颜色转换性能的增强效应。结果表明, 掺杂Mg²⁺在TiO₂晶格中能产生杂质能级, 有效抑制了光生载流子的复合, 提高了TiO₂光氧化还原MB的活性; 另一方面, 掺杂Mg²⁺降低了TiO₂纳米晶的吸收波长, 在可见光照射下能够有效地抑制MB向还原态LMB的转变, 提高系统着色速率。这种基于碱金属掺杂TiO₂纳米晶的光可逆颜色转换材料在许多光电子器件领域具有潜在的应用价值。     

Er3+掺杂量对TiO2:Er粉体上转换发光性能的影响

通过溶胶-凝胶法制备了Er³⁺离子掺杂的TiO₂纳米粉体。通过X射线衍射、荧光检测对制备的纳米晶微结构、发光性能进行了表征。结果表明：纳米晶微结构及粒径随掺杂量呈规律性变化，掺杂稀土离子可抑制其相变。在980nm红外激光泵浦下，其发射峰分别位于527nm、548nm、660nm处，通过改变Er³⁺掺杂量，获得绿红强度比最高为29.3,最低为0.7,实现了单一掺杂改变发光颜色的调控。借助交叉弛豫与浓度猝灭理论，解释了其发光性能的规律性变化，并分析了其上转换机制。     

Ce:YAG荧光陶瓷掺杂Gd对白光LED发光性能的影响

Ce: YAG荧光陶瓷具有突出的导热性及化学稳定性, 相比有机硅胶封装法在高功率白光LED的应用上具有更广阔的应用前景。本研究采用真空固相烧结法制备了不同Gd掺杂浓度的(Gd, Y)₃Al₅O₁₂:Ce样品, 通过XRD, SEM及荧光光谱等表征手段, 研究了Gd掺杂对Ce:YAG荧光陶瓷的晶体结构及其用于白光LED时对发光性能的影响。实验表明, 随着Gd掺杂浓度的提高, Gd³⁺取代Y³⁺ 的位置进入晶格, 使得样品的晶格常数增加。Gd³⁺还影响了Ce³⁺对蓝光的吸收, 同时Ce³⁺将蓝光转换成黄光的效率也下降, 导致光效从81.45 lm/W降低至63.70 lm/W。Gd的掺 杂使Ce³⁺的光致发光谱峰位从534 nm向564 nm红移, 显色指数从61.3提升至70.2。Gd的掺杂虽然降低了发光 效率, 但显著提高了(Gd, Y)₃Al₅O₁₂:Ce样品的显色指数, 使得黄色YAG荧光陶瓷应用于白光LED的性能得到了 提高。     

用于白光LED稀土Eu掺杂SiAlON基荧光粉的发光性能

SiAlON基荧光粉因其优异的化学和物理稳定性,成为近年来发光领域的一个研究热点,尤其在LED等领域,受到研究者的热切关注。稀土掺杂SiAlON基荧光粉体有望成为新一代照明光源。由于缺乏青色光发射,往往会造成显色性能不足。本研究通过传统高温固相法合成了β-Si₅AlON₇:Eu荧光粉,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等研究了其结构、形貌、元素和价态。通过光谱仪表征了样品的激发光谱以及发射光谱的波长范围并测试了热猝灭性能,发现激发波长覆盖紫外至蓝色光区域,并且发射光谱显示出典型的Eu²⁺跃迁的宽谱。在300℃下,样品的发射光强度依然可达到室温强度的40%左右,热激活活化能(E_a)达到了3.7 eV,相比较商用YAG:Ce³⁺(YAG)荧光粉,热稳定性有一定的提升。在与蓝色芯片复合后成功制备了高显色(显色指数R_a=87)的白色发光LED,对应的色温也达到了暖白光范围(CCT=4501K)。本研究实现了SiAlON基青色...     

Lu2.94Al5O12:0.06Ce3+绿色荧光粉的制备及光致发光

采用高温固相法制备了Lu_2.94Al₅O₁₂:0.06Ce³⁺绿色荧光粉。通过X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和光致发光光谱(PL)对样品的物相、形貌及发光性能进行了表征。结果表明,所合成的Lu_2.94Al₅O₁₂:0.06Ce³⁺绿色荧光粉为立方晶系,表面为类球形。激发光谱中,位于340和450 nm的激发峰分别归属于4f的两个能级到5d能级的跃迁而产生的吸收,340 nm处的激发峰是由于发光是由于²F_5/2到5d的跃迁,而450nm处的激发峰是由于²F_7/2到5d的跃迁。发射光谱中,位于525 nm的发射峰对应Ce³⁺的4f-5d电子跃迁。当Ce₃₊掺杂量为6%,1500℃煅烧5 h时,Lu_2.94Al₅O₁₂:0.06Ce³⁺绿色荧光粉CIE色坐标为(0.3683,0.5959),是一种可以用作白光LED的绿色荧光粉。     

含有YAG∶Ce3+和CASN∶Eu2+的LED照明多相荧光玻璃陶瓷

采用热压烧结法制备得到了一种掺有YAG∶Ce³⁺黄色荧光粉和CASN∶Eu²⁺红色荧光粉的烧结玻璃陶瓷。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和荧光光谱仪对比研究了热压烧结后的烧结玻璃陶瓷和烧结前荧光粉的晶体结构和微观形貌方面的变化,结果显示,荧光相在玻璃基质中没有发生聚集现象,且不会被玻璃基质侵蚀,能保持其发光性能。光谱研究和光电参数分析显示,在YAG∶Ce³⁺黄色荧光粉中引入CASN∶Eu²⁺红色荧光粉,可以有效改善其发光性能,其中显色指数最高为90,色温为4 787 K,明显改善了商用LED照明器件色温高,显色指数低等问题。