1 青海大学 机械工程学院,青海 西宁 810016
2 中国地质大学(北京) 材料科学与工程学院,北京 100083
采用高温固相法合成了一种新型的Yb3+和Ho3+共掺杂的Ba3In(PO4)3上转换荧光粉,并研究了其晶体结构、上转换发光及能量传递机制。在980 nm激光激发下,Yb3+吸收能量并传递至Ho3+;此外,激光功率对于荧光粉发光颜色无明显影响,发光颜色主要集中在橙黄色区域(0.543,0.452)。测得0.05Yb3+和0.032Ho3+掺杂的荧光粉的荧光寿命约为467.61 μs。还测量了该荧光粉温度依赖的发光光谱,并计算了其用作光学温度计的绝对灵敏度(Sa)和相对灵敏度(Sr)。结果表明,该荧光粉具有良好的热稳定性,423 K时的发射强度仍保持在室温的81.68%,5S2,5F4→5I8、5F5→5I8跃迁的ΔE分别约为0.19 eV和0.27 eV。此外,其Sa和Sr最大值分别为0.31%·K-1和0.09%·K-1(573 K)。
荧光粉 上转换发光 温度传感性能 phosphor up-conversion luminescence temperature sensing performance
1 吉林化工学院化学与制药工程学院, 吉林 132022
2 吉林化工学院分析测试中心, 吉林 132022
为了获得具有明亮红光发射的上转换发光材料, 采用简单的化学沉淀法制备了一系列Yb3+、Er3+、Mn2+掺杂的Gd2O3微晶, 并对其形貌、结构和发光性能进行了表征。结果表明, Gd2O3:10%Yb3+,1%Er3+微晶呈花状, 平均粒径为2.28 μm, 经高温煅烧后呈现结晶性良好的立方相Gd2O3结构, 且少量Mn2+掺杂并不会影响微晶的形貌和晶相。在980 nm近红外光激发下, Gd2O3:10%Yb3+,1%Er3+微晶表现为橙红色发光, 归属于Er3+的4F9/2→4I15/2跃迁。同时, 随着Mn2+掺杂浓度x(原子数分数)的增大, Gd2O3:10%Yb3+,1%Er3+,x%Mn2+微晶的上转换发光强度呈现先增强后减弱的趋势, 发光颜色也逐渐向红光移动, 与CIE色坐标颜色区域相一致。同时, 根据发光强度与激发功率关系分析了Gd2O3:10%Yb3+,1%Er3+,x%Mn2+微晶的上转换发光机制及可能存在的能量传递过程。
上转换发光 掺杂Gd2O3 红光发射 能量传递 花状微晶 化学沉淀法 up-conversion luminescence Gd2O3 doping red emission energy transformation flower-like microcrystal chemical precipitation method
1 西安邮电大学电子工程学院, 陕西 西安 710121
2 中国科学院西安光学精密机械研究所, 瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 陕西 西安 710119
研究一种具有良好上转换发光性能的稀土掺杂发光材料, 对于防伪技术领域具有非常重要的意义。 为了改善LiYF4∶Yb3+/Ho3+微米晶体的上转换发光性能, 采用水热合成法成功制备了一系列Gd3+掺杂的LiYF4∶Yb3+/Ho3+微米晶体, 并采用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对样品的相纯度和晶体形貌尺寸进行表征; 在980 nm激光激发下, 通过荧光光谱测试对LiGdxY1-xF4∶Yb3+/Ho3+微米晶体的上转换发光性能进行分析。 首先, 研究了LiGdxY1-xF4∶Yb3+/Ho3+微米晶体的晶体结构、 尺寸、 形貌和上转换发光性能的影响。 结果显示, LiGdxY1-xF4∶Yb3+/Ho3+微米晶体样品的XRD衍射峰与四方相的LiYF4标准卡(PDF#17-0874)特征峰的位置完全对应且没有其他杂峰, SEM实验结果显示晶体形貌为八面体形状, 表明成功合成了纯四方相的LiGdxY1-xF4∶Yb3+/Ho3+微米晶体; 荧光光谱测试结果显示, 样品的上转换发光强度随着Gd3+掺杂比例的升高呈现出先增强后减弱的趋势, 并且在Gd3+掺杂浓度为30 mol%时达到最强。 其次, 进一步研究了Gd3+掺杂浓度30 mol%样品的上转换发光性能与激发功率之间的关系, 激发功率为0.5~1.5 W。 LiGd0.3Y0.49F4∶Yb3+/Ho3+微米晶体的红色和绿色上转换发光强度之比(R/G)随着激发功率的增加只发生大约12%的变化, 样品的上转换发光并没有因为激发功率的增加而发生明显的变色, 仍然可以发出稳定明亮的绿色光。 这一现象表明, Gd3+的掺入很好地改善了样品的上转换发光性能, 这种稳定高效的发光性能保证了其良好的防伪性能。 最后, 将Gd3+掺杂浓度为30 mol%的LiYF4∶Yb3+/Ho3+微米晶体粉末与丝网金属油墨按照一定比例混合制成丝网防伪油墨, 通过丝网印刷技术在玻璃基底上印制了“西安”字样的防伪标识图案, 经过干燥处理后在980 nm激光的激发下, 发出明亮且稳定的绿色可见光, 制成的防伪标识图案具有发光强度高、 易于识别、 不易脱落的特点, 可被广泛应用于防伪领域。
上转换发光 微米晶体 水热合成法 防伪识别 丝网印刷 Up-conversion luminescence Li(GdxY1-x)0.79F4∶Yb0.2/Ho0.01 Micron crystals Hydrothermal synthesis method Anti-counterfeiting identification Screen printing Li(GdxY1-x)0.79F4∶Yb0.2/Ho0.01 光谱学与光谱分析
2022, 42(11): 3581
1 广东工业大学物理与光电工程学院,广东 广州 510006
2 广东工业大学广东省信息光子技术重点实验室,广东 广州 510006
采用高温熔融法制备Yb3+/Tm3+共掺的磷酸盐玻璃,探讨了Tm3+摩尔分数和玻璃基体中Te4+摩尔分数对玻璃上转换发光性能的影响。吸收光谱表明,玻璃中的Yb3+和Tm3+在300~1450 nm波长的吸收位置互不干扰。研究了制备的玻璃样品在980 nm波长激光二极管泵浦下的上转换发光性能。结果表明,Yb3+/Tm3+在476 nm(1G4→3H6)、650 nm(1G4→3F4)和793 nm(3H4→3H6)三个位置有上转换发光峰。其中,793 nm的近红外发光峰最强,476 nm的发光峰强度次之,650 nm的发光峰强度最弱。通过调整Tm3+的摩尔分数和玻璃基质中Te4+的摩尔分数可以实现对上述三个发光峰强度的调制。
材料 磷酸盐玻璃 上转换发光 铥镱共掺 组分调控 激光与光电子学进展
2022, 59(15): 1516009
宁波大学高等技术研究院红外材料及器件实验室,浙江 宁波 315211
稀土离子掺杂硫系玻璃陶瓷具有较低的声子能量,使得硫化物纳米晶在发光调控方面极具优势。本文制备了不同摩尔分数Er3+掺杂的80GeS2·20Ga2S3硫系玻璃及玻璃陶瓷样品,采用先进的结构与性能表征手段,探讨了稀土离子掺杂摩尔分数以及析晶行为对Er3+离子的上转换发光的影响。研究结果表明,Er3+的引入使得玻璃转变温度和初始析晶温度降低,有助于玻璃成核析晶。同时,Er3+离子摩尔分数高的样品在相同的析晶热处理制度下呈现更强的Ga2S3析晶衍射峰,晶粒尺寸均小于100 nm。Ga2S3纳米晶的析晶使得Er3+离子的上转换发光增强近5倍,并且最佳发光掺杂摩尔分数从原来的0.75%增至1%。
材料 硫系玻璃 铒离子 上转换发光 析晶 玻璃陶瓷 激光与光电子学进展
2022, 59(15): 1516008
山东大学 晶体材料国家重点实验室, 山东 济南 250100
稀土倍半氧化物单晶光纤材料凭借超高的熔点(~2 400 ℃)、稳定的物化性能以及灵活的结构被认为是极具潜力的高温传感介质。本文采用激光加热基座(LHPG)法, 成功生长了透明无开裂Dy3+离子掺杂的倍半氧化物单晶光纤Lu2O3 和Y2O3 。依据Dy3+离子的4I15/2和4F9/2能级为一对热耦合能级对(TCLs), 测试得到了430~520 nm波长范围内的下转换荧光光谱。荧光强度比(FIR)结果显示, 晶体在298~673 K温度范围内的荧光强度具有良好的温度相关性。其中Dy∶Lu2O3 在该范围内的最大相对灵敏度和绝对灵敏度分别为0.97%·K-1(315 K)和1.62×10-4 K-1(673 K), 展现出更为优异的温度传感性能。
激光加热基座法 倍半氧化物单晶光纤 下转换荧光 荧光强度比 温度探测 laser heated pedestal growth(LHPG) method sesquioxide single crystal fibers(SCFs) down-conversion luminescence fluorescence intensity ratio(FIR) temperature sensing
淮阴师范学院物理与电子电气工程学院,淮安 223300
采用固相烧结法制备一系列Er3+单掺与Er3+/Yb3+共掺0.96Na0.5Bi0.5TiO3-0.04CaTiO3(NBT-CT∶xEr3+/yYb3+,x=0.002~0.015,y=0.010)无铅压电陶瓷。通过X射线衍射仪和荧光光谱仪分别对样品的物相结构和上转换发光特性进行表征和分析。结果表明,样品的主晶相为NBT晶相。在波长为980 nm的近红外光激发下,Er3+单掺与Er3+/Yb3+共掺NBT-CT陶瓷均呈现强的以绿光为主的Er3+特征上转换发光。在NBT-CT∶xEr3+中,当x=0.010时上转换发光性能最佳; Yb3+能够起到敏化作用,明显增强Er3+的上转换发光强度。
无铅压电陶瓷 固相烧结法 上转换发光 lead-free piezoelectric ceramics Na0.5Bi0.5TiO3 Na0.5Bi0.5TiO3 Er3+/Yb3+ Er3+/Yb3+ solid-state sintering method up-conversion luminescence