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稀土/过渡族离子掺杂无机发光材料
稀土/过渡族离子掺杂无机发光材料
稀土和过渡族离子发光材料在照明、显示和激光技术中扮演着至关重要的角色。在照明方面，它们的高效和稳定发光性能极大提高了照明设备的能源效率，为人们带来了更舒适、节能的光环境。在显示技术领域，这些材料凭借其独特的光谱特性和出色的颜色纯度，为高清和宽色域显示技术的进步提供了坚实的支撑，推动了显示技术的持续创新。在激光应用中，它们卓越的激光发射特性成为激光器开发和应用的关键，加速了激光技术的发展。此外，这些材料在生物成像、医疗诊断、治疗和防伪等多个领域也发挥着重要作用。因此，对这些发光材料的研究不仅科学意义重大，也对经济社会发展和人类生活质量的提升具有深远的现实影响。
主题关键词：   荧光粉上转换发光长余辉量子剪裁白光LED照明显示生物成像
  • 论文汇编

  • 梁瑞含,赵惠明,张艳吉,李文霞,米晓云

    2025, 46(3): 496-507. DOI: 10.37188/CJL.20240244
    摘要：采用高温固相法制备了一系列Sr3AlO4F∶Eu3+，Dy3+，Na+红色发光材料。使用X射线衍射、扫描电子显微镜、光谱仪等设备对Sr3AlO4F∶Eu3+，Dy3+，Na+红色发光材料进行检测。Eu3+、Dy3+和Na+的浓度（摩尔分数）分别为11%、5%和4%时样品的发光强度最高。导致Eu3+和Dy3+发生浓度猝灭的机制分别为四级-四级相互作用和偶极-偶极相互作用。在Eu3+、Dy3+共掺杂实验中，证明了存在Dy3+向Eu3+的能量传递。此外，加入Na+作为电荷补偿剂提高了Sr3AlO4F的发光性能，加入4%Na+后发光强度提升近4倍。探究了Sr3AlO4F发光材料的热稳定性，在150 ℃时，共掺杂Eu3+、Dy3+样品的发光强度为30 ℃时的72.71%。Sr3AlO4F∶Eu3+，Dy3+，Na+这种新型的红色发光材料有利于提高白光发光二极管的显色指数。  
    关键词：高温固相法;能量传递;光致发光;Sr3AlO4F∶Eu3+，Dy3+，Na+;红色发光材料   
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    发布时间：2025-03-24

  • 王翀,吴嘉辉,郭海涛,唐钰欣,许彦涛

    2025, 46(1): 60-69. DOI: 10.37188/CJL.20240179
    摘要：面向4 µm波段光纤激光器用增益光纤，制备出0.2%（质量分数）高浓度Pr3+离子掺杂的Ge12As20.8Ga4Se63.2玻璃，通过棒管法拉制了单模双包层增益光纤。采用X射线衍射、差示扫描量热、电子探针元素分析、椭偏仪、红外热像仪、红外显微测试、红外傅里叶变换光谱仪、荧光光谱仪等分析了不同工艺下制备的玻璃和光纤的光学特性，最终所制备光纤的基底损耗约为2.65 dB/m，并成功获得光纤在3.8~4.8 µm处的强荧光发射。该硫系玻璃光纤具有较高的Pr3+溶解度、良好的热稳定性与发光性能，具有作为4 µm波段光纤激光器增益介质的潜力。  
    关键词：硫系玻璃;稀土掺杂;纯化方法;中红外荧光;中红外光纤激光   
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    发布时间：2025-02-20

  • 董宇,郝朴言,朱蕊,贾梦真,李婷婷,任家辉,张瑾怡,赵小奇

    2025, 46(1): 81-88. DOI: 10.37188/CJL.20240248
    摘要：采用尿素辅助的共沉淀法制备了ZrO2∶Yb3+/Er3+材料。利用X射线衍射技术探究了Yb3+/Er3+掺杂对ZrO2晶体结构的影响，结果显示，Yb3+和Er3+离子的掺杂导致了ZrO2从单斜相到四方相和立方相的转变。通过温度依赖的上转换光谱探究了ZrO2∶Yb3+/Er3+的发光热稳定性以及基于热耦合能级的温度传感特性。研究结果表明，在980 nm激光激发下，ZrO2∶Yb3+/Er3+表现为无热猝灭特征的上转换发光。并且，我们分别利用位于绿光区2H11/2和4S3/2两个独立能级之间的热耦合特性，基于绿光区4S3/2单一能级上不同Stark分裂能级4S3/2（1）和4S3/2（2）之间的热耦合特性和基于红光区4F9/2单一能级上不同Stark分裂能级4F9/2（1）和4F9/2（2）之间的热耦合特性，实现了4个荧光强度比信号同时响应的温度传感。相比于单一荧光强度比信号的温度传感，这种多信号同时响应的测温方案可以进一步避免测温过程中偶然因素对测温结果的干扰，提高测温的准确性。  
    关键词：热耦合能级;温度传感;非热猝灭;晶体相变   
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    发布时间：2025-02-20

  • 邵泽杰,周海芳,郑瑞锦,程树英

    2025, 46(1): 89-97. DOI: 10.37188/CJL.20240221
    摘要：稀土掺杂的上转换纳米材料在光热传感、生物医学等领域有着广泛的应用前景，但其存在导热性差、测温灵敏度与上转换发光（UCL）强度低的问题，而添加单壁碳纳米管（SWCNT）、贵金属与光子晶体（PCs）是提高其UCL强度与光热性能的有效手段。本文使用溶剂热法合成了NaGdF4∶Er3+/Yb3+/Al3+纳米晶体（UCNPs），通过对比上转换层（UC）、SWCNT/UC、Ag/SWCNT/UC与PCs/Ag/SWCNT/UC的光热性能，研究不同膜层对UCNPs的光热性能影响。结果表明，PCs/Ag/SWCNT/UC具有优异的性能，其红绿光强度分别为UC的3.48倍与4.24倍，其光热转换效率达到33.79%，是UC的1.49倍；并且光学测温绝对灵敏度SA在353 K时达到3.14×10-3 K-1，相对灵敏度SR在273 K时达到1.87×10-2 K-1。本研究为提高光热传感器性能提供了一种有效的策略。  
    关键词：复合薄膜;NaGdF4∶Er3+/Yb3+/Al3+纳米晶;光热性能;测温灵敏度   
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    发布时间：2025-02-20

  • 阎龙,马崇庚,周博

    2024, 45(12): 1938-1955. DOI: 10.37188/CJL.20240230
    摘要：近年来，高掺Er3+纳米晶的上转换发光研究取得了显著进展。与传统发光材料相比，这类材料具有多波段激发、穿透能力强的激发波段、光色动态可调以及对外场刺激响应灵敏等特点，在光信息安全、温度探针、生物成像等领域展现出巨大应用潜力。本文综述了高掺杂Er3+纳米晶发光性质的多维调控策略，涵盖基质组成、结构设计以及能量传递机制的深入解析，详细探讨了发光强度增强、光色调控、动力学过程调节和激发波段拓宽等方面的最新研究成果。此外，本文还探究了外场激励对高掺杂Er3+体系发光性能的调控机制，详细分析了温度、压力及金属表面电场等关键因素的影响，并从提升多光子跃迁概率和减少无辐射能量损失等角度揭示发光增强机理。最后，总结了激发模式调控高掺杂Er3+上转换发光的有效方法，并对未来发展方向进行了展望。  
    关键词：高掺Er3+;上转换发光;多维调控;纳米晶   
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    发布时间：2025-01-10

  • 孙剑锋,汲世骏,孟泽涵,辛昊阳,赵勇雷,严凯义

    2024, 45(12): 1956-1965. DOI: 10.37188/CJL.20240246
    摘要：近红外荧光粉转换型发光二极管（pc-LED）在无损分析、机器视觉和生物成像等领域具有重要应用价值。目前，开发用于近红外pc-LED的高效宽带可调近红外一区荧光粉已经成为材料研究者日益关注的焦点。本文通过高温固相法首先合成了两类具有钙钛矿结构原型的Sr3MgTa2O9∶Cr3+和Ba3MgTa2O9∶Cr3+近红外荧光粉，它们均具有覆盖700~1 000 nm波长范围的近红外一区宽带发射特性。通过调控（Sr1-mBam）3MgTa2O9∶Cr3+荧光粉中Sr2+/Ba2+的掺杂比例进一步实现了近红外发射波长786~848 nm的连续调谐，归因于Cr3+占据晶体场强度逐渐减弱的Mg2+晶体学格位。典型Sr0.4Ba0.6MgTa2O9∶0.015Cr3+荧光粉具有高内量子效率（82.1%）和良好的热稳定性（I423 K/I298 K=73.6%），性能可与目前其他一些已经报道的近红外荧光粉相媲美。最后，利用该荧光粉封装的近红外pc-LED原型器件在60 mA电流下能够实现13.7 mW的近红外光输出，展现了该荧光粉在静脉成像和夜视领域的实际应用潜力。本研究工作基于矿物结构原型和阳离子取代策略开发出具有优异发光性能的新型近红外钙钛矿型荧光粉，将为Cr3+掺杂宽带可调近红外一区荧光粉的设计提供依据。  
    关键词：（Sr，Ba）3MgTa2O9∶Cr3+;钙钛矿结构;近红外发光;晶体场;近红外pc-LED   
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    发布时间：2025-01-10

  • 王佳琦,杜海红,高静怡,武莉,孔勇发,许京军

    2024, 45(12): 1966-1974. DOI: 10.37188/CJL.20240219
    摘要：具有高热稳定性的红色发光材料对于改善光转换型白光LED器件的性能具有重要意义。引入敏化剂来实现能量传递至发光中心从而提高荧光粉热稳定性是开发高效WLED用荧光粉的有效策略。本文以双钙钛矿结构化合物Gd2ZnTiO6为基质，制备了系列Sm3+、Eu3+激活的红色荧光粉，并讨论了Sm3+→Eu3+的能量传递过程，证实了这一过程对于该基质单一Eu3+激活荧光粉热稳定的改善作用。双掺样品在150 ℃时的发光强度保持在室温时的74%。这一结果为离子间的能量传递可有效抑制荧光粉热猝灭的理论提供了依据。  
    关键词：双钙钛矿;Gd2ZnTiO6∶Sm3+，Eu3+;能量传递;热稳定性   
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    发布时间：2025-01-10

  • 刘强,贺宁桐,王雁斌,黄东,陈宇洋,李廷松,周真真,胡辰,IVANOV Maxim,李江

    2024, 45(12): 1975-1983. DOI: 10.37188/CJL.20240186
    摘要：（Gd，Lu）2O3∶Eu闪烁陶瓷在高能X射线成像技术应用中具有广阔的应用前景。采用共沉淀法合成的前驱体经过1 050 ℃煅烧4 h后，制备出纯相的Eu0.1Gd0.6Lu1.3O3纳米粉体。以合成的纳米粉体为原料，采用不同温度下真空预烧（保温2 h）结合热等静压烧结（1 750 ℃×3 h，Ar气氛）制备了Eu0.1Gd0.6Lu1.3O3陶瓷。研究了预烧结温度对Eu0.1Gd0.6Lu1.3O3陶瓷微观结构、光学和发光特性的影响。在1 625 ℃下预烧2 h并结合HIP后处理的Eu0.1Gd0.6Lu1.3O3陶瓷具有最高的直线透过率（75.2% @ 611 nm）。由于Eu3+的5D0→7F2能级跃迁，HIP后处理的Eu0.1Gd0.6Lu1.3O3陶瓷的PL和XEL光谱均在611 nm处具有最强的红色发射峰，其强度随预烧温度的提高呈现出先上升后下降的趋势。Eu0.1Gd0.6Lu1.3O3陶瓷的热释光（TSL）曲线在178 K处呈现一个强度较高的峰值，在253 K和320 K处呈现两个强度较低的峰值。320 K的峰值可能与氧空位有关。178 K处的发光与Eu3+离子本身价态变化引起的缺陷有关。  
    关键词：（Gd，Lu）2O3∶Eu;透明陶瓷;微观结构;光学特性;热等静压烧结   
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    发布时间：2025-01-10

  • 曾巍,陈欣,陈文潇,苟彩祥,钱士业,王吉乐,秦宇鑫

    2024, 45(12): 1984-1991. DOI: 10.37188/CJL.20240216
    摘要：采用高温固相法合成Ba5SiO4Cl6∶Eu2+，Ln3+蓝色长余辉荧光粉，通过X射线衍射、激发发射光谱、余辉衰减曲线、余辉光谱和热释光光谱等手段，对荧光粉进行了结构和发光性能表征。结果表明，在347 nm的紫外光激发下，Eu2+单掺杂和Eu2+、Ln3+共掺杂的荧光粉都发出明亮的蓝光，发射光谱显示其具有2个明显的峰值，分别位于440 nm和500 nm，属于Eu2+在不同格位的特征发射（4f 65d1-4f 7）。镧系离子掺入后在带隙中会产生杂化能级，引入不同深度的陷阱，对材料的余辉性能都有不同程度的提高。其中，Ba5SiO4Cl6∶Eu2+，Ho3+样品的性能最佳，其余辉时间超过12 h。Ba5SiO4Cl6∶Eu2+，Er3+样品与单掺杂样品相比初始亮度提高了12倍。Dy3+的掺入有效提高了样品中深陷阱（T2）的浓度，有望用于光学数据存储。  
    关键词：长余辉荧光粉;Eu2+掺杂;镧系元素;热释光   
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    发布时间：2025-01-10

  • 孙晓园,刘椿淼,李敏,田宛鹭,娄文静,李昊翔,谭琴琴,李诚,骆永石

    2024, 45(12): 1992-2001. DOI: 10.37188/CJL.20240184
    摘要：采用高温固相法制备了Ce3+掺杂的Ba3Y2（BO3）4荧光粉。通过X射线衍射谱测定样品的晶体结构，研究了样品的激发和发射光谱、荧光衰减曲线、色坐标和变温光谱。在紫外光的激发下，Ce3+掺杂的Ba3Y2（BO3）4荧光粉发出明亮的蓝光，发射峰中心位于420 nm附近，半高宽大于83 nm。随着Ce3+离子掺杂浓度增加，样品的发光强度先增强后减弱。随着Ce3+掺杂浓度变化，样品CIE坐标变化较小，说明样品色彩稳定性好。随温度的升高，样品的发光强度降低，样品的热稳定性有待提高。把样品和商粉结合365 nm芯片制成白光LED，其色坐标为（0.33，0.39），显色指数为92.6，色温为5 570 K。结果表明，Ba3Y2（BO3）4∶Ce3+荧光粉是一种新型的可用于白光LED的宽带发射蓝色荧光粉。  
    关键词：荧光粉;Ce3+掺杂;白光LED   
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    发布时间：2025-01-10
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