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2022 年第 5 期

封面文章

效应面优化模型获取Y₄GeO₈∶Bi³⁺,Eu³⁺红色荧光粉掺杂浓度增强出版
徐淑君,陈静,陈礼元,ASHRAF Ghulam-Abbas,李慧军,郭海
2022, 43(5): 633-641. DOI: 10.37188/CJL.20220021

摘要：使用更直接的方法（效应面优化模型）预测了Y₄GeO₈∶Bi³⁺，Eu³⁺样品的最强红光发射。预测最佳样品掺杂的Bi³⁺离子和Eu³⁺离子浓度分别为31.03%和67.36%（摩尔分数）。制备最佳样品后对其光致发光性能进行了测试和表征。荧光粉Y₄GeO₈∶31.03%Bi³⁺，67.36%Eu³⁺具有最强的红光发射，并且强度的实验值和理论值之间的差值很小。优化样品的色坐标为（0.645 7，0.349 0），计算出的色纯度为98%，内量子效率高达72.5%。本文提供了一种直接寻找发光最强的荧光粉最佳掺杂浓度的方法，可用于探索各种类型的共掺杂荧光粉。
关键词：Y₄GeO₈∶Bi³⁺,Eu³⁺荧光粉;效应面优化模型;发光强度

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发布时间：2022-05-23

特邀综述

刺激响应型AIE水凝胶研究进展增强出版
温雪菲,莎仁,王建国
2022, 43(5): 642-661. DOI: 10.37188/CJL.20220023

摘要：刺激响应水凝胶可以对环境的微小变化产生较大的物理化学变化，在药物传递、生物分离、生物传感器和组织工程等领域具有广泛的应用。但受聚集导致荧光猝灭（ACQ）效应的影响，其在发光相关领域的应用受到限制，聚集诱导发光（AIE）概念的提出解决了这一难题。将AIE分子引入水凝胶体系，获得刺激响应型AIE水凝胶，在生物医学、信息防伪、3D水凝胶驱动器以及软体机器人的开发等多个高科技领域崭露头角。本文将近年来报道的刺激响应型AIE水凝胶按刺激因素分为物理因素（温度和光）、化学因素（pH、溶剂和离子）和生物因素（酶）三大类，分别阐述了水凝胶的制备、响应机理及潜在应用，并针对刺激响应型AIE水凝胶面临的问题和挑战进行了展望。
关键词：刺激响应型水凝胶;聚集诱导发光;信息防伪;软体机器人;药物传递

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发布时间：2022-05-23
Mn⁴⁺激活荧光粉可用锰源与制备方法增强出版
王兆武,屈巧,姬海鹏,郝小非,李金生
2022, 43(5): 662-675. DOI: 10.37188/CJL.20210412

摘要：Mn⁴⁺激活荧光粉可在蓝光激发下发射波长可调的红光，是当前白光发光二极管用荧光粉的研究热点之一。在制备Mn⁴⁺激活红光荧光粉时，有多种锰源可供选择，如K₂MnF₆、KMnO₄、Mn（HPO₄）₂、MnCO₃、MnO₂、MnO、Mn（NO₃）₂、Mn（CH₃COO）₂等。本文综述了文献中在制备Mn⁴⁺激活氟化物、氟氧化物和氧化物基质红光荧光粉时采用的锰源，列举了相应的制备方法，并总结了采取不同锰源和制备方法对所合成荧光粉的荧光性质（如量子效率）等方面的影响。最后就如何控制Mn⁴⁺激活荧光粉中锰离子价态等进行了展望。
关键词：荧光粉;锰离子;锰源

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发布时间：2022-05-23

材料合成及性能

热稳定性优异的单一基质白光Cs₂Li₃Sr₂B₃(PO₄)₆∶Dy³⁺荧光粉发光性能增强出版
王一航,连雪珠,徐华伟,康晓娇,吕伟
2022, 43(5): 676-683. DOI: 10.37188/CJL.20220033

摘要：通过高温固相法合成了一系列单基质白光荧光材料Cs₂Li₃Sr₂B₃（PO₄）₆∶Dy³⁺，并对其结构特性、浓度猝灭机理、发光特性、温度特性、荧光寿命进行了测试与讨论。研究结果表明，该样品的发射峰主要位于490 nm和577 nm，且能在近紫外光/紫外光激发下产生单一白光。对比发现该样品在Dy³⁺掺杂浓度为7% 时荧光强度最强，且通过计算得出该样品的浓度猝灭机理是由于偶极-偶极相互作用。热稳定性分析结果表明该样品的热稳定性优异，在150 ℃下的荧光强度可达初始室温强度的97%。因此，Cs₂Li₃Sr₂B₃（PO₄）₆∶Dy³⁺是一种热稳定性优异的潜在的单一基质发白光材料。
关键词：单基质;Dy³⁺;LED;荧光粉

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发布时间：2022-05-23
NaScF₄∶Yb³⁺/Er³⁺纳米颗粒荧光温敏特性增强出版
相国涛,杨梦琳,刘臻,丁永希,黄缤瑶,张羽,吴洪秀,胡欢欢
2022, 43(5): 684-690. DOI: 10.37188/CJL.20220064

摘要：利用共沉淀法制备了六角相NaScF₄∶20%Yb³⁺/2%Er³⁺纳米颗粒，该纳米颗粒的尺寸约为35 nm且具有较好的分散性。在980 nm激发下，该纳米颗粒可以产生较强的上转换红光发射及较弱的上转换绿光发射，红绿比约为6。与此同时，在纳米颗粒中，Er³⁺热耦合的绿光能级²H_11/2与⁴S_3/2具有较好的温度感测特性，利用其荧光强度比可实现较为准确的光学温度测量，最大相对灵敏度约为1.17%·K^-1。另外，在近红外区，非热耦合的Yb³⁺:²F_5/2→²F_7/2跃迁与Er³⁺:⁴I_13/2→⁴I_15/2跃迁的荧光强度比也表现出较好的光学测温性能，其相对灵敏度随着温度升高而逐渐增大，并在333 K时达到最大值0.73%·K^-1。以上结果表明，NaScF₄∶20%Yb³⁺/2%Er³⁺纳米颗粒是一种高效的上转换红光材料，且在可见区及近红外区均具有较好的光学测温表现。
关键词：稀土离子;纳米颗粒;上转换发光;光学测温;NaScF₄

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发布时间：2022-05-23
Sn²⁺-Mn²⁺共掺杂Gd₂O₃-Al₂O₃-SiO₂玻璃光致发光性能与能量传递增强出版
华哲浩,唐高,魏钦华,秦来顺,蔡培庆,林慧兴,周真真,钱森,王志刚
2022, 43(5): 691-701. DOI: 10.37188/CJL.20220042

摘要：通过传统的高温熔融淬火技术制备了Sn²⁺-Mn²⁺共掺杂的Gd₂O₃-Al₂O₃-SiO₂（GAS∶0.5Sn²⁺，yMn²⁺）玻璃。研究了玻璃的光致发光特性和Sn²⁺-Mn²⁺能量传递过程。在365 nm激发下，随着Mn²⁺浓度的增加（1.0%，1.5%，2.0%，2.5%，3.0%，3.5%，4.0%），玻璃中Sn²⁺的发光强度逐渐降低，而Mn²⁺的发光强度逐渐增大。Sn²⁺的衰减时间随着Mn²⁺含量的增加而减小，玻璃中产生了Sn²⁺到Mn²⁺离子的能量传递。GAS∶0.5Sn²⁺，yMn²⁺玻璃的光致发光量子产率（PLQY）随着Mn²⁺含量的增加而减小，其最大值为25.48%。玻璃中Mn²⁺离子浓度达到4.0%时，其发光属于准白光发射，色坐标为（0.323，0.273）。另外，本文还研究了Sn²⁺-Mn²⁺共掺杂玻璃的发光热猝灭现象，Sn²⁺发光中心电子跃迁所需克服的热激活能约为0.23 eV。
关键词：铝硅酸盐玻璃;Sn²⁺-Mn²⁺共掺;能量传递;白光发射

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发布时间：2022-05-23
基于咪唑并[1,2-a]吡啶-三嗪的电子传输材料合成及性能增强出版
程之樵,白科研,籍少敏,戴雷,聂飞,霍延平
2022, 43(5): 702-713. DOI: 10.37188/CJL.20220030

摘要：电子传输材料的开发对于降低有机电致发光器件（OLED）驱动电压至关重要，本文设计并合成了两种基于咪唑并[1，2-a]吡啶-三嗪类新型的电子传输材料，即2-（3'-（4-（[1，1'-联苯基]-4-基）-6-苯基-1，3，5-三嗪-2-基）-5'-菲-9-基）-[1，1'-联苯基]-4-基）-3-苯基咪唑并[1，2-a]吡啶（TRZ-PA-Dp）和2-（5''-（4-（[1，1'-联苯基]-4-基）-6-苯基-1，3，5-三嗪-基）-[1，1'∶2'，1″∶3″，1‴-四联苯]-4‴-基）-3-苯基咪唑并[1，2-a]吡啶（TRZ-PP-Dp），并利用核磁和质谱对其结构进行表征。化合物TRZ-PA-Dp和TRZ-PP-Dp的单电子器件结果显示具有高电子迁移率，可以有效降低器件的驱动电压。因此以这两个材料作为电子传输材料，蓝色荧光器件启亮电压分别为3.2 V和3.1 V，相比使用常规电子传输材料TPBi的器件，启亮电压分别降低了0.1 V和0.2 V；同时绿色磷光器件启亮电压均为2.2 V，相比TPBi降低了0.2 V；红色磷光器件的启亮电压与TPBi的器件相近。基于这两个材料的器件都表现出良好的效率，特别是在激基复合物作为主体的绿色磷光器件中，与TPBi的器件相对比，在100 cd/m²下电流效率（CE）和外量子效率（EQE）都提升了5%左右，功率效率（PE）提升了28%以上，寿命提高了4倍，证明TRZ-PA-Dp和TRZ-PP-Dp都为优异的电子传输材料。
关键词：咪唑并[1,2-a]吡啶;三嗪;电子传输材料;驱动电压;效率

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发布时间：2022-05-23
CdSe/CdS量子点聚合物复合材料的水致荧光可逆特性增强出版
蔡俊虎,王晨辉,胡新培,陈恩果,徐胜,叶芸,郭太良
2022, 43(5): 714-724. DOI: 10.37188/CJL.20210401

摘要：量子点由于其优异的光学和电学特性，在新型光电器件领域是一种极具前景的明星材料。本文通过将核壳CdSe/CdS量子点封装到聚二甲基硅氧烷-聚脲（PDMS-PUa）聚合物基质中制备CdSe/CdS@PDMS-PUa复合材料，发现了其光致发光强度和荧光量子产率的水致增强现象，经荧光衰减曲线和漫反射光谱分析，解释了该现象是来自于水中的H₃O⁺和OH^-对量子点表面缺陷的有效钝化，使得量子点的晶胞更趋于理想化。进一步通过实验发现，当复合材料从水中取出干燥后，由于量子点表面缺陷态又重新暴露，光致发光强度和荧光量子产率又恢复到初始值。受所发现的荧光可逆现象的启发，本文基于CdSe/CdS@PDMS-PUa复合材料提出了一种具有荧光响应的液体高度传感器，通过荧光亮度的变化可以判断容器内液体的高度值。这些发现不仅揭示了CdSe/CdS量子点水致荧光可逆特性，同时拓宽了量子点聚合物复合材料在光电领域的应用，具有重要的科学意义和应用前景。
关键词：CdSe/CdS量子点;水;荧光可逆;缺陷钝化;传感

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发布时间：2022-05-23
优化反式平面钙钛矿太阳电池性能的简便方法——利用PEDOT∶PSS与DMSO共混空穴传输层增强出版
王亚凌,杨利营,李岚,印寿根
2022, 43(5): 725-735. DOI: 10.37188/CJL.20220096

摘要：优化界面接触、增强界面处载流子传输对于提高钙钛矿电池性能具有重要意义。本研究将适量二甲基亚砜（DMSO）添加到聚（3，4-乙烯二氧噻吩）-聚（苯乙烯磺酸盐）（PEDOT∶PSS）空穴传输层中，改善了空穴传输层的导电性和空穴传输特性，有效提高了反式平面钙钛矿太阳能电池光伏性能。短路电流（J_sc）从21.29 mA/cm²提高到22.15 mA/cm²，填充因子（FF）从76.35%提高到80.09%，转换效率（PCE）从16.02%提高到17.01%。薄膜与器件性能综合测试结果表明，DMSO的掺入使PEDOT∶PSS发生适度相分离，形成更好的PEDOT导电通道，增强了PEDOT∶PSS的导电特性。稳态光致发光光谱呈现出显著的荧光猝灭效应，也表明掺杂 DMSO后PEDOT∶PSS的空穴提取能力得到提高，钙钛矿活性层与阳极之间的空穴传输更加顺畅，有助于实现高达 80%以上的填充因子。本研究为改善反式平面钙钛矿太阳电池或有机太阳电池光伏性能提供了一种高效、简便的方法，具有很好的现实意义。
关键词：空穴传输层;电导率;钙钛矿太阳电池;光伏性能

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发布时间：2022-05-23

器件制备及器件物理

高速1 550 nm垂直腔面发射激光器研究进展增强出版
韩赛一,田思聪,徐汉阳,潘绍驰,MANSOOR Ahamed,佟存柱,王立军,BIMBERG Dieter,李充
2022, 43(5): 736-744. DOI: 10.37188/CJL.20220048

摘要：垂直腔面发射激光器（VCSEL）具有生产成本低、调制速率高等优点，在光通信领域占有重要地位。随着数据需求量的飞速增长，在长距离信息传输中，具有低损耗的1 550 nm 波长的VCSEL引起了研究人员的兴趣。本文首先介绍了1 550 nm VCSEL的结构，然后讨论了其带宽限制因素以及相应的改进方法，接着从NRZ（不归零）调制和PAM4（四电平脉冲幅度）调制两方面对近年来高速1 550 nm VCSEL的研究进展进行了综述，最后展望了高速1 550 nm VCSEL在未来光通信领域的发展和应用。
关键词：1 550 nm;高速垂直腔面发射激光器(VCSEL);不归零调制(NRZ);四电平脉冲幅度调制(PAM4)

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发布时间：2022-05-23
基于二维材料的快速响应金属-半导体-金属结构光电探测器研究进展增强出版
何嘉玉,陈克强,冀婷,石林林,冯琳,李国辉,郝玉英,张晗,崔艳霞
2022, 43(5): 745-762. DOI: 10.37188/CJL.20220024

摘要：快速响应光电探测器在光通信、高速摄影、生物医学成像等领域有广泛的需求。目前，市场上应用的快速响应光电探测器大多基于硅、砷化镓等传统的无机半导体材料，但是其制作工艺复杂、成本较高，并且机械灵活性差。以石墨烯、二硫化钼为代表的二维材料具有独特的层状结构以及良好的光学、电学、热学和机械特性，是制备光电探测器的理想材料。尤其是部分二维材料所拥有的超高载流子迁移率特性，十分适用于研制快速响应光电探测器。近年来，一系列基于二维材料的金属-半导体-金属结构光电探测器（Metal-semiconductor-metal photodetectors，MSM-PDs）被陆续报道，很多具有1 μs以下的快速响应特性。本文以基于二维材料的快速响应MSM-PDs为主题进行综述。首先介绍了MSM-PDs中的基本结构及工作原理，深入剖析了决定其响应速度的主要因素。随后介绍了石墨烯、过渡金属硫化物、黑磷、二维钙钛矿、三元硒氧铋等二维材料的分子结构、光学、电学等特性，并对各类二维材料在MSM-PDs的应用进行对比。然后分类介绍了响应速度在1 μs以下的欧姆接触型、肖特基接触型以及基于表面等离激元效应二维材料MSM-PDs的研究进展。最后总结全文，并对二维材料在快速响应光电探测器中的应用前景及发展趋势进行了展望。
关键词：光电探测器;快速响应;二维材料;石墨烯;过渡金属硫化物;黑磷;二维钙钛矿;金属-半导体-金属

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发布时间：2022-05-23
基于混合主体结构的溶液法制备的高效蓝色磷光OLED 增强出版
王哲,武瑞霞,冯洋,刘华,周亮
2022, 43(5): 763-772. DOI: 10.37188/CJL.20220049

摘要：为了提高蓝色有机发光二极管的效率，本文借助溶液法采用TcTa和CzSi混合主体，制备了蓝色磷光有机发光二极管（PHOLEDs）。此外，针对三种电子传输材料Tm3PyP26PyB、TmPyPB和TPBi进行了优选，以进一步优化器件的效率。本文通过优化混合主体材料的掺杂比例和电子传输材料的选择，不断提高器件的效率。最终，当TcTa∶CzSi的掺杂比为6∶1、电子传输层TPBi为70 nm时器件性能最优，其最大亮度（B_max）、电流效率（CE_max）、功率效率（PE_max）和外量子效率（EQE_max）分别为6 662 cd·m^-2、39.40 cd·A^-1、23.33 lm·W^-1和19.7%。此外，即使在1 000 cd·m^-2的实际亮度下，电流效率和外量子效率仍高达33.43 cd·A^-1和16.7%。
关键词：有机发光二极管;高效;溶液法;混合主体结构;蓝光

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发布时间：2022-05-23
电子阻挡层Al组分对GaN基蓝光激光二极管光电性能的影响增强出版
杜小娟,刘晶,董海亮,贾志刚,张爱琴,梁建,许并社
2022, 43(5): 773-785. DOI: 10.37188/CJL.20220016

摘要：采用SiLENSe（Simulator of light emitters based on nitride semiconductors）软件仿真研究了Al_xIn_yGa_1-x-yN电子阻挡层（EBL）Al组分渐变方式对GaN基激光二极管（LD）光电性能的影响，实现了提高输出功率和电光转换效率的目的。文中提出的四种Al组分渐变方式分别是传统均匀组分、右阶梯渐变组分（0~0.07~0.16）、三角形渐变组分（0~0.16~0）、左阶梯渐变组分（0.16~0.07~0）。结果表明，与传统均匀组分EBL结构相比，Al组分阶梯渐变Al_xIn_yGa_1-x-yN EBL LD导带底的电子势垒显著提高，价带顶的空穴势垒降低。这主要是由于该结构能有效抑制电子泄漏和提高空穴注入效率，从而提高有源区载流子浓度，进而提高有源区辐射复合效率。当注入电流为0.48 A时，采用Al组分阶梯渐变Al_xIn_yGa_1-x-yN EBL结构能将器件开启电压从5.1 V降至4.9 V，光学损耗从3.4 cm^-1降至3.29 cm^-1，从而使光输出功率从335 mW提高至352 mW，电光转换效率从12.5%提高至13.4%。此外，讨论了Al组分阶梯渐变EBL结构对GaN基蓝光LD光电性能的影响机制。该结构设计将为外延生长高功率GaN基LD提供实验数据和理论支撑。
关键词：GaN基蓝光激光二极管;电子阻挡层;Al组分;光电性能

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发布时间：2022-05-23
低温808 nm高效率半导体激光器增强出版
吴顺华,刘国军,王贞福,李特
2022, 43(5): 786-795. DOI: 10.37188/CJL.20220025

摘要：为了提高低温工作环境下808 nm半导体激光器的输出特性，深入研究了电光转换效率的温度特性。结合载流子泄漏抑制和器件串联电阻的优化考虑，从理论上深入分析了有源区量子阱内的载流子限制现象，提出针对低温工作环境下的势垒高度及相应的量子阱结构设计方法，包括势垒层的材料组分、厚度等重要参数的优化，极大地改善了器件在低温工作环境下的性能。采用优化后的外延结构，制备了腔长2 mm的半导体激光巴条。在工作温度-50 ℃、注入电流为600 A时，巴条输出功率达到799 W，电光转换效率为71%，斜率效率为1.34 W/A；注入电流为400 A时，器件达到最高电光转换效率73.5%，此时的载流子限制效率约为99%，串联电阻为0.43 mΩ；在-60~60 ℃温度范围内，中心波长随温度的漂移系数为0.248 nm/℃。
关键词：半导体激光器;载流子泄漏;低温;高效率;温度效应

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发布时间：2022-05-23

发光产业及技术前沿

硫化锌电致发光材料在智能可穿戴领域研究进展增强出版
郭素文,杨伟峰,胡云浩,郑岩,周金水
2022, 43(5): 796-806. DOI: 10.37188/CJL.20220027

摘要：近年来，伴随着柔性电子产业的快速发展，发光显示作为可穿戴集成器件中必不可少的组成部分，人们对其提出了柔性、可拉伸性、自愈合性等额外的需求。基于硫化锌材料的电致发光器件由于发光寿命长、发光组件结构简单等优点，在智能可穿戴领域得到了广泛的研究和关注。本文对硫化锌电致发光材料在智能可穿戴领域的研究进展进行梳理和总结，主要介绍了硫化锌电致发光材料的发光机理、研究热点及未来应用，以期对智能可穿戴领域起到有益的启示和指导作用。
关键词：电致发光;柔性;可拉伸性;智能可穿戴

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发布时间：2022-05-23

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