1 河北建筑工程学院理学院, 河北 张家口 075000
2 北京交通大学教育部发光与光信息重点实验室, 光电子技术研究所, 北京 100044
稀土离子掺杂上转换发光材料(UCNP)在太阳能电池、 固体激光、 彩色显示、 生物成像等领域有着巨大的应用潜力, 因而受到广泛的关注。 在稀土元素中, 钪(Sc)元素既处于第三主族的顶端, 又处于过渡元素开始的地方, 且具有最小的离子半径, 因而具有异于Y, Gd和Lu基材料的物理、 化学性质。 Na3ScF6化学性质稳定, 声子能量低, 是一种新型高效的基质材料, 但是目前对其研究依然较少。 基于此, 采用熔剂热方法, 以油酸(OA)和十八烯(ODE)作为溶剂, 保持OA:ODE=10 mL:10 mL和NaF:Ln3+=4:1不变, 调节反应温度为260, 280和300 ℃时合成了一系列的单斜相Na3ScF6:Yb/Er纳米晶。 研究结果表明: 在合成温度为260 ℃时, 样品为单斜相的Na3ScF6:Yb/Er(PDF No.47-1221)纳米晶, 粒径在20 nm左右; 反应温度为300 ℃时, 样品为单斜相的Na3ScF6:Yb/Er(PDF No.20-1221)纳米晶, 粒径在18 nm左右, 结晶度高, 分散性好。 在280 ℃时为单斜相的PDF No.47-1221和PDF No.20-1221二者的混合相, 样品形貌均一, 分散性好, 粒径在30 nm左右。 在980 nm激光的激发下, 随着反应温度从260 ℃升高到300 ℃, 样品上转换发光颜色从红光转化为绿色光, 发射光强显著增加, 约为原来的3.1倍。 随后, 在反应温度为300 ℃时, 讨论了样品形貌随时间的演化。 仅通过调节反应温度, 即实现了Na3ScF6:Yb/Er纳米晶上转换发光颜色的可控输出, 这不仅提供了一种红绿光的调节方法, 而且补充了钪基氟化物的研究, 拓宽了钪基纳米材料的应用范围。
六氟钪三钠 上转换发光 反应温度 红光 Na3ScF6 Upconversion luminescence Reaction time Red light 光谱学与光谱分析
2022, 42(10): 3068
1 吉林大学 通信工程学院，吉林 长春 130022
2 长春大学 计算机科学技术学院，吉林 长春 130021
3 吉林大学 计算机科学与技术学院，吉林 长春 130022
目前多数水印算法将伪随机数列作为水印，算法设计时多偏重于提高水印隐蔽性和鲁棒性，但忽略了水印自身的安全。本文提出了一种基于量子密钥真随机性的，可进行篡改定位的、面向安全通信的空域水印算法来提高水印的安全性。该算法使用基于BB84协议原理、通过量子密钥分发机制生成的具有真随机性和绝对安全性的量子密钥制备二值图像水印， 并结合首次提出的量子密钥矩阵模型与8-邻域随机定位理念，将量子水印动态随机地嵌入到载体图像中。 传输完成后，接收方可以快速提取水印信息，精确判断水印图像完整性及传输过程安全性，并能够对篡改进行定位。对算法进行了隐蔽性、鲁棒性以及篡改定位测试，结果表明: 提出的算法简单，具有高安全性和隐蔽性，同时兼顾鲁棒性，篡改定位精度达3 pixel×3 pixel， 可以广泛应用于数字图像的安全传输中。
数字水印 二值图像 图像融合 量子密钥 随机性 digital watermark binary image quantum key randomness 光学 精密工程
2017, 25(11): 2968
长春理工大学化学与环境工程学院 应用化学与纳米技术吉林省高校重点实验室, 吉林 长春130022
采用水热法制备了Ca0.8La0.2-x-yMoO4∶xTb3+,yEu3+ 荧光材料, 并对其结构和发光性能进行了研究。X射线衍射(XRD) 分析表明, 合成的样品为四方晶系的CaMoO4白钨矿结构, 稀土离子La3+、Eu3+、Tb3+ 的引入不会改变主晶格的结构。荧光光谱表明, 与CaMoO4∶Eu3+荧光粉相比, 基质中掺杂La 后的Ca0.8La0.15MoO4∶0.05Eu3+ 样品的616 nm (5D0→7F2) 处的特征发射峰明显增强。在285 nm紫外光激发下, Ca0.8La0.16-yMoO4∶0.04Tb3+,yEu3+ (y=0.01,0.03,0.05,0.07) 系列样品在545 nm 和616 nm 处出现的发射峰, 分别对应于Tb3+的5D4→7F5 跃迁和Eu3+的5D0→7F2 跃迁, 并且随着Eu3+ 掺杂量的增加, Tb3+ 的发射峰逐渐减弱, Eu3+的发射峰逐渐增强, 表明该荧光材料中存在着由Tb3+ 到Eu3+ 能量传递。随着Ca0.8La0.16-yMoO4∶0.04Tb3+, yEu3+(y=0.01,0.03,0.05,0.07) 系列样品中激活剂Eu3+掺杂量的增加, 荧光粉实现了从绿色→黄绿→黄色→红色的颜色可调。
荧光材料 水热合成 多色发光 Ca0.8La0.2MoO4 Ca0.8La0.2MoO4 luminescent material hydrothermal preparation multi-color emitting
长春理工大学应用化学与纳米技术吉林省高校重点实验室， 吉林 长春 130022
采用静电纺丝技术制备了聚乙烯吡咯烷酮PVP/［Y(NO3)3+Al(NO3)3+Eu(NO3)3］复合纤维，将其进行热处理，得到了YAlO3:Eu3+发光纳米纤维。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、荧光光谱等技术对样品进行了表征。PVP/［Y(NO3)3+Al(NO3)3+Eu(NO3)3］复合纤维经1200 ℃焙烧2 h后，获得了YAlO3:Eu3+纳米纤维，属于正交晶系，空间群为Pnma。用Shapiro-Wilk方法检验了纤维直径分布情况，在95%的置信度下，纤维直径属于正态分布。PVP/［Y(NO3)3+Al(NO3)3+Eu(NO3)3］复合纤维表面光滑，纤维分散性较好，有很好的长径比，尺寸均一，平均直径为(152.9±26.0)nm；YAlO3:Eu3+纳米纤维的平均直径为(106.7±20.2)nm。在234 nm的紫外光激发下，YAlO3:Eu3+纳米纤维的主要发射峰位于590 nm和609 nm处，分别属于Eu3+的5D0→7F1跃迁和5D0→7F2跃迁，Eu3+ 掺杂离子浓度对YAlO3:Eu3+发射峰的峰型与位置均没有影响，当Eu3+ 掺杂离子浓度为5%时，YAlO3:Eu3+ 纳米纤维发光最强。
材料 纳米纤维 铝酸钇 静电纺丝
长春理工大学 化学与环境工程学院， 吉林 长春130022
在不加任何表面活性剂的条件下，通过水热法直接合成了LaPO4∶Eu3+纳米棒，并采用溶胶-凝胶法在其表面修饰了一层SiO2, 得到了LaPO4∶Eu3+@SiO2纳米棒。XRD分析表明，样品包覆前后均属于单斜晶系的独居石型的LaPO4。FTIR分析表明，LaPO4∶Eu3+粒子与SiO2是以化学键的形式结合在一起。由TEM照片可见，所得LaPO4∶Eu3+样品为直径约20 nm、长度达300～500 nm的长径比较大的纳米棒。通过改变TEOS的加入量得到了不同包覆层厚度的LaPO4∶Eu3+@SiO2纳米棒。荧光光谱分析表明: 以259 nm作为激发波长，LaPO4∶Eu3+发光纳米棒的主发射峰位于591 nm，为Eu3+的特征橙红光发射，归属于Eu3+的5D0→7F1跃迁。随着SiO2包覆层厚度的增加，样品的激发光谱和发射光谱的强度逐渐减弱，峰形和谱峰的位置没有明显的变化。
纳米棒 核壳 包覆 发光材料 LaPO4∶Eu3+ LaPO4∶Eu3+ nanorods core-shell coating luminescence materials
1 长春理工大学化学与环境工程学院, 吉林 长春 130022
2 长春工业大学 化学工程学院, 吉林 长春 130012
采用水热法制备了不同形貌的GdVO4∶Eu3+纳米晶样品，对其结构以及发光性质进行了表征。XRD结果表明：水热前驱体和经过灼烧之后样品均为四方晶系，具有锆石结构。TEM照片表明：通过改变表面活性剂分别得到了分散性良好的米粒状、六角形和球形的GdVO4∶Eu3+纳米晶粒子。发光光谱表明：在 288 nm的紫外光激发下，不同形貌的GdVO4∶Eu3+ 纳米晶材料均在617 nm处产生特征红光发射，归属为Eu3+离子的5D0→7F2跃迁，不同形貌粒子的发光光谱的相对强度有所不同。
纳米晶 水热法 GdVO4∶Eu3+ GdVO4∶Eu3+ nanocrystal hydrothermal method
长春理工大学化学 与环境工程学院,吉林长春130022
采用溶胶-凝胶法与静电纺丝技术相结合制备了PVA/[Gd(NO3)3+Yb(NO3)3+Er(NO3)3]复合纳米纤维, 将其进行热处理, 得到Gd2O3:Yb3+,Er3+上转换纳米纤维.采用XRD、SEM、TG-DTA、FTIR和荧光光谱对样品进行了表征.结果表明：复合纳米纤维为无定型, Gd2O3:Yb3+,Er3+上转换纳米纤维属于体心立方晶系, 空间群为Ia3.复合纳米纤维的平均直径约为140nm, 经过600℃焙烧后, 获得了直径约60nm的Gd2O3:Yb3+,Er3+上转换纳米纤维.当焙烧温度高于600℃时, 复合纳米纤维中水分、有机物和硝酸盐分解挥发完毕, 样品不再失重, 总失重率为81%.复合纳米纤维的红外光谱与纯PVA的红外光谱一致, 600℃以上时, 生成了Gd2O3:Yb3+,Er3+上转换纳米纤维.该纤维在980nm激光激发下发射出中心波长为522nm、560nm的绿色和659nm的红色上转换荧光, 对应于 Er3+离子的2H11/2/4S3/2→ 4Il5/2跃迁和 4F9/2→4Il5/2跃迁.在Gd2O3:Yb3+,Er3+上转换纳米纤维形成过程中, PVA分子起到了导向模板作用.PVA/[Gd(NO3)3+Yb(NO3)3+Er(NO3)3]复合纳米纤维在热处理过程中, PVA分解挥发, 稀土硝酸盐分解并氧化生成Gd2O3:Yb3+,Er3+纳米颗粒, 这些纳米颗粒相互联结起来形成了Gd2O3:Yb3+,Er3+上转换纳米纤维.
纳米纤维 上转换 Gd2O3 Gd2O3 Gd2O3:Yb3+ Gd2O3:Yb3+ Er3+ Er3+ nanofibers upconversion
长春理工大学 化学与环境工程学院,吉林 长春 130022
为了获得新形貌的上转换发光纳米纤维材料,采用静电纺丝技术制备了PVP/[Y(NO3)3+Al(NO3)3+Er(NO3)3+Yb(NO3)3]复合纳米纤维,将其进行热处理,获得了Er3+,Yb3+:Y3Al5O12(Er3+,Yb3+:YAG) 上转换发光纳米纤维。热分析(TG-DTA)表明,当焙烧温度高于550 ℃时,PVP/[Y(NO3)3+Al(NO3)3+Er(NO3)3+Yb(NO3)3]复合纳米纤维中水分、有机物和硝酸盐分解挥发完毕,样品不再失重,总失重率为90.2 %。X射线衍射(XRD)分析表明,PVP/[Y(NO3)3+Al(NO3)3+Er(NO3)3+Yb(NO3)3]复合纳米纤维为非晶态,经900 ℃焙烧10 h后,获得了单相石榴石型的Er3+,Yb3+:YAG发光纳米纤维。傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析表明,当焙烧温度为900 ℃时,生成了Er3+,Yb3+:YAG纳米纤维。扫描电子显微镜(SEM)分析表明,Er3+,Yb3+:YAG纳米纤维的直径约75 nm,长度大于100 μm。上转换发射光谱分析表明,该纤维在980 nm激光激发下发射出中心波长为522 nm和554 nm的绿色和650 nm的红色上转换荧光,对应于Er3+离子的2H11/2/4S3/2→ 4Il5/2跃迁和4F9/2→4Il5/2跃迁。对Er3+,Yb3+:YAG纳米纤维的形成机理进行了讨论,该技术可以用来制备其他稀土石榴石型化合物纳米纤维。
光学材料 纳米纤维 静电纺丝 上转换发光
长春理工大学 化学与环境工程学院,吉林 长春 130022
采用静电纺丝技术制备了PVA/[Gd(NO3)3+Eu(NO3)3]复合纳米纤维,并将其进行热处理,得到Gd2O3:Eu3+发光纳米纤维。X射线衍射分析表明,复合纤维为无定型,Gd2O3:Eu3+ 发光纳米纤维属于体心立方晶系,空间群为Ia3。扫描电子显微镜(SEM)分析表明,复合纳米纤维的平均直径约为200 nm,经过800 ℃焙烧后,获得了直径约50 nm的Gd2O3:Eu3+ 发光纳米纤维。差热热重分析表明,温度高于600 ℃时,复合纳米纤维中水份、有机物和硝酸盐分解挥发完毕,样品不再失重,总失重率为71.9%。傅里叶转换红外光谱(FTIR)分析表明,复合纳米纤维的红外光谱与纯聚乙烯醇的红外光谱基本一致,600 ℃以上生成了Gd2O3:Eu3+ 发光纳米纤维。荧光光谱分析表明,在251 nm紫外光激发下,Gd2O3:Eu3+发光纳米纤维发射出Eu3+离子特征的609 nm明亮红光。讨论了Gd2O3:Eu3+发光纳米纤维的形成机理,该技术可以推广用于制备其他稀土氧化物发光纳米纤维。
光学材料 纳米纤维 静电纺丝 发光
近红外光谱是20 世纪80 年代以来发展最快、 最引人注目的光谱分析技术。 以其快速、 无损伤、 操作简单、 稳定性好、 效率高等特点， 在仓储害虫检测、 种子害虫侵染检测和林草害虫危害检测中的应用已成为一个活跃的研究领域。 而近红外光谱技术在我国害虫检测中的研究和应用则较少， 处于刚刚起步阶段。 因此， 文章介绍了利用近红外光谱技术检测的基本原理, 综述了国内外利用近红外光谱技术检测农林业害虫的应用情况， 并对近红外检测技术在害虫检测上的应用进行了展望， 以期推动近红外光谱技术在我国害虫检测科技和生产中的应用。
近红外光谱 害虫 种子 仓储害虫 检验 Near-infrared reflectance spectroscopy Insect pests seed Stored products pests Detection 光谱学与光谱分析
2009, 29(7): 1856
