红色长余辉材料的研究进展

长余辉材料具有诱人的应用前景.然而在三基色长余辉材料中,相对于蓝色和绿色,红色长余辉材料的发光强度和余辉时间还远远不能满足实际应用的需要.因此,探索和研究新型的红色长余辉材料具有重要的理论和实际意义.本综述总结了红色长余辉材料的余辉机理、合成方法、发光中心类型和应用,讨论了红色长余辉材料研究和应用中存在的问题,并对红色长余辉材料发展前景进行了展望.     

Eu, Tb共掺SiO2凝胶基质三基色荧光体系

利用溶胶-凝胶技术制备了Eu, Tb共掺杂SiO₂基质三基色荧光体系, 样品的发射光谱在618, 543, 350~500 nm处同时出现了红、绿、蓝三色发射, 表明Eu³⁺, Eu²⁺和Tb³⁺三种离子共存于同一基质中, 与Eu单掺样品的发射光谱比较, 共掺样品中Eu²⁺的蓝色发光显著增强, 说明在SiO₂基质中Eu³⁺和Tb³⁺之间可能发生电子转移. 考察了退火温度和Tb浓度对样品发光光谱的影响, 确定了Tb的最佳掺杂浓度为0.2%, 最佳退火温度为850℃. 发现在600℃退火时, 在SiO₂基质中存在着Tb³⁺对Eu³⁺的敏化作用, 当Tb³⁺浓度为0.2%时, Eu, Tb共掺样品中Eu³⁺的发光强度是Eu单掺的4倍多, 这归因于Tb³⁺→Eu³⁺离子的能量传递作用.     

稀土离子在CdSiO3基质中的多光色长余辉发光

利用高温固相法合成了系列稀土离子掺杂的CdSiO3:RE3+(RE=Y,La,Ce,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu)多光色长余辉磷光体.XRD分析结果表明在1050℃下烧结3小时的产物为单相.稀土掺杂CdSiO3磷光体具有良好的发光性能.引入Y3+,La3+,Gd3+,Lu3+以及Ce3+,Nd3+,Ho3+,Er3+,Tm3+,Yb3+可获得一个最大发射中心位于420 nm附近的缺陷发光宽带,引入Pr3+,Sm3+,Eu3+,Tb3+,Dy3+时,除了产生约420 nm的蓝紫色缺陷发光外同时产生很强的稀土离子特征发光,这两种发光混合导致不同的余辉颜色.     

不同元素掺杂的石墨烯量子点的光致发光行为

石墨烯量子点(graphenequantumdots,GQDs)作为一种新型石墨烯材料,具有许多优异的物理化学性质,尤其是其独特的光致发光(photoluminescence,PL)特性以及低毒性的本质,在生物成像以及医学分析等领域展示出很好的应用前景,但是目前制备的GQDs存在发光效率低、发光机理不明确、缺乏有效的发光调控手段等问题.为提高GQDs的PL性能和进一步明确其发光机理以及增加发光调控手段,本文以电化学法和水热法制备了GQDs以及Cl, N, P, S 4种元素掺杂的GQDs,通过X射线光电子能谱分析(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS)、傅里叶转换红外光谱(Fourier-transform infrared spectroscopy, FT-IR)、拉曼光谱(Raman spectra)等测试手段,表征了不同元素掺杂的GQDs的元素组成和结构缺陷,分析了杂原子在GQDs中的位置以及成键模式.通过荧光光谱仪测试了其PL性能并分析了各种GQDs的发光增强和减弱机制.Cl以及N的掺杂能够形成发光中心,提高GQDs的发光强度,相比未掺杂GQDs,Cl-GQDs发光强度增加了1倍;S元素的掺杂则形成少量猝灭中心,发光强度较未掺杂GQDs略有下降;而P的掺杂形成大量猝灭中心,导致P-GQDs几乎无发光.     

掺杂浓度和温度对有机延迟荧光磁效应的影响

在基于电荷转移(charge transfer,CT)态的发光器件中,CT态的演化及其相互作用对器件发光有重要影响.将分子内CT态材料4-(Dicyanomethylene)-2-tert-butyl-6-(1,1,7,7-tetramethyljulolidin-4-yl-vinyl)-4H-pyran(DCJTB)以不同浓度掺杂于磷光主体材料1,3-bis(9-carbazolyl)benzene(m CP)中,通过测量器件电致发光的磁场效应(magnetoelectroluminescence,MEL),来研究器件中CT态及其相互作用.在±500 m T的磁场范围内,MEL曲线展示出奇特的变化:当掺杂浓度从高浓度(20%)降至低浓度(5%)时,低场部分从正转变为负;而高场部分没有明显的浓度依赖关系,均表现为缓慢下降.另外,在不同温度下MEL高低场部分的幅度都有很大变化.这些变化表明,器件中存在CT态的系间窜越、反向系间窜越过程,以及CT态间的湮灭过程,且这些过程受到掺杂浓度和温度的影响,导致延迟发光的变化.     

N掺杂ZnO的缺陷识别与物性调控

ZnO由于其室温下激子稳定存在,因此是一种具备高效发光性能的宽禁带半导体材料.然而,由于ZnO材料本征缺陷种类繁多、性质复杂,且缺乏合适的p型掺杂剂,其出色的光电性能一直未得到应用.近年来,越来越多的研究工作指出, ZnO的材料性质极大程度依赖于其中杂质缺陷的组成,因此对ZnO中缺陷的种类识别和调控手段的研究成为ZnO材料走向应用前待解决的重要问题.本文结合近年来的研究进展,介绍了ZnO中各类本征缺陷的性质和调控手段,指出了N掺杂ZnO体系中受主的主要来源,获得了抑制补偿施主和诱导浅受主的一系列有效方法.在此基础上,提出了等价元素-受主共掺技术,实现了ZnO纳米材料的p型掺杂及同质结LED,并进一步拓展了ZnO纳米材料应用于存储器和宽频光探测器.     

Eu,Dy共掺SiO_2单一基质三基色白光发光材料

用溶胶-凝胶技术制备了Eu,Dy共掺杂SiO2基质三基色白光干凝胶发光材料,在室温紫外激光波长激发下样品的发射光谱分别在618,573和400～500nm处同时出现了强的红、绿、蓝三色发射.利用FT-IR,TGA-DSC,PL光谱等现代分析技术,对发光材料的微观结构进行了表征,研究了退火温度、退火时间、干燥气氛、基质成分等制备工艺对其发光性能的影响.Eu3 对应的红光750℃时发光最强,700℃退火样品开始出现蓝光,900℃蓝光最强.退火最佳保温时间为2h.真空干燥样品在较低温度下Eu3 更容易还原成Eu2 ;TGA-DSC分析表明,真空气氛干燥样品形成稳定网络结构的温度低于空气气氛干燥样品.4种基质干凝胶850℃退火样品的光谱只有SA,SAB基质中有蓝光发射,且SAB基质中的蓝光强于SA基质,分析认为在SAB基质中,由于氧化硼、碱土氧化物与氧化铝可能形成共熔相,可稳定发光中心及网络结构,从而提高发光亮度.     

碱金属氧化物对锗碲酸盐玻璃上转换发光性能的影响

研究了Yb³⁺/Er³⁺共掺锗碲酸盐玻璃在980 nmLD抽运下的上转换发光光谱, 发现随着碱金属离子半径的增大, 上转换发光强度明显增强. 基质玻璃的Raman光谱显示: 玻璃的最大声子能量并不随碱金属氧化物之间的取代而发生变化, 表明最大声子能量并不是锗碲玻璃上转换发光强度增大的原因. 从玻璃无辐射跃迁的角度分析表明: 最大能量声子密度的降低是影响Yb³⁺/Er³⁺共掺锗碲玻璃上转换发光强度增大的主要原因.     

Yb~+注入Si(100)所引起的晶格损伤和快速热退火后Yb的再分布及光激活规律研究

稀土元素不完全充满的4f电子壳层被它外部的5p和6s电子壳层有效地屏蔽.这一独特的电子结构使得稀土掺杂半导体材料中4f电子-声子耦合被减弱,因而稀土的发光具有锐利,热稳定性好等优点.近几年国际上已有很多关于用离子注入技术实现稀土掺杂的报道.离子注入具有掺杂浓度高,掺杂分布易于控制,可重复性好和操作简便等优点.但在     

不同声压下酒精水溶液中的单泡声致发光

测量了不同浓度酒精水溶液中单泡声致发光随驱动超声声压大小变化关系曲线. 结果表明, 根据光强-声压(I-P_a)曲线的变化关系, 可以把酒精浓度分为3个区域. (1) 在较低浓度时, 随着酒精浓度的增加, 曲线往低声压方向移动, 驱动声压变化较大; 相同声压下, 单泡声致发光的发光强度随酒精浓度增加而增加. (2) 当酒精浓度稍高时, 驱动声压变化较小; 相同声压下, 单泡声致发光光强随酒精浓度的增加而降低. (3) 进一步增加酒精浓度, 光强随酒精浓度变化关系趋势在不同声压下的关系不同, 但I-P_a曲线的斜率随酒精浓度的增加而降低. 可以通过气泡动力学以及酒精的物理化学性质解释这些结果, 同时这些结果也有助于进一步了解单泡声致发光的发光机制.     

γ-射线辐照对MSO_4:Sm~(3+)发光体的影响

稀土掺杂的碱土金属硫酸盐是一类重要的发光材料.钐掺杂的发光材料可望用作光谱烧孔材料和光存储材料.实验证明,含掺杂离子的晶体被辐照后,容易产生缺陷,形成色心;同时,晶体内掺杂离子又可作为陷阱,俘获由辐照产生的电子或空穴,使掺杂离子的价态发生改变.国内外对铈掺杂的CaF_2晶体发光机理进行了一定研究,但未见对钐掺杂的碱土金     

Eu, Dy共掺SiO2单一基质三基色白光发光材料

用溶胶-凝胶技术制备了Eu, Dy共掺杂SiO2基质三基色白光干凝胶发光材料, 在室温紫外激光波长激发下样品的发射光谱分别在618, 573和400~500 nm处同时出现了强的红、绿、蓝三色发射. 利用FT-IR, TGA-DSC, PL光谱等现代分析技术, 对发光材料的微观结构进行了表征, 研究了退火温度、退火时间、干燥气氛、基质成分等制备工艺对其发光性能的影响. Eu³⁺对应的红光750℃时发光最强, 700℃退火样品开始出现蓝光, 900℃蓝光最强. 退火最佳保温时间为2 h. 真空干燥样品在较低温度下Eu³⁺更容易还原成Eu²⁺; TGA-DSC分析表明, 真空气氛干燥样品形成稳定网络结构的温度低于空气气氛干燥样品. 4种基质干凝胶850℃退火样品的光谱只有SA, SAB基质中有蓝光发射, 且SAB基质中的蓝光强于SA基质, 分析认为在SAB基质中, 由于氧化硼、碱土氧化物与氧化铝可能形成共熔相, 可稳定发光中心及网络结构, 从而提高发光亮度.     

有机发光掺杂器件中的反常磁效应

采用不同浓度的热活化延迟荧光(thermally activated delayed fluorescence,TADF)材料2,3,5,6-四(3,6-二苯基-9-咔唑基)-对苯二腈(2,3,5,6-tetrakis(3,6-diphenylcarbazol-9-yl)-1,4-dicyanobenzene,4CzTPN-Ph)为掺杂剂,三(8-羟基喹啉)铝(tris-8-hydroxyquinoline aluminum,Alq3)为主体材料制备了发光层为Alq3:x%4CzTPN-Ph的有机发光二极管器件,并测量了室温下不同注入电流和不同掺杂浓度,以及固定某一电流和掺杂浓度在不同温度下器件的磁电致发光(magneto-electroluminescence,MEL)效应和磁电导(magneto-conductance,MC)效应.实验发现,在主客体掺杂类型器件中,与普通掺杂器件减小的磁效应相比,这种器件具有明显的反常磁效应——即表现出增强的MEL和MC幅值.以室温下注入电流为150μA的实验为例,发光层为Alq3:5%4CzTPN-Ph器件的MEL幅值在磁场为300m T处达到了10%左右,大约是参考器件(发光层为CBP:5%4CzTPN-Ph)的MEL幅值(~0.75%)的13倍,且该器件对应的MC幅值在磁场为300 m T处达到了6%左右,大约是此参考器件MC幅值(~0.12%)的50倍.此外,这种掺杂器件的MEL和MC明显受到掺杂浓度的调控,当掺杂浓度达15%左右时,MEL和MC幅值可达到最大值.在不同温度下,这种掺杂器件的MEL和MC值均随着温度的降低而减小.通过分析器件的能级结构和光谱可知,Alq3:4CzTPN-Ph器件具有主客体分子间特殊的能级排布,造成客体分子的能级陷阱较弱,外加磁场抑制三重态激子对电荷的散射作用(TQA)就可产生显著的MEL和MC幅值,从而得到不同于普通掺杂器件的反常磁效应.此外,由于TQA过程受三重态激子浓度与载流子浓度的影响,掺杂浓度和实验温度也能通过影响三重态激子浓度和载流子浓度来对TQA反应强弱进行调控,从而有效地调控这种反常磁效应.本研究工作有助于深入理解基于4CzTPN-Ph发光器件微观机制的演化过程,并将促进有机发光二极管在磁学器件方面的应用.     

a-C:H:N薄膜结构和光学特性的研究

近年来,由于a-C:H薄膜所具有的类金刚石结构特征和广泛的应用前景,因而在固体物理和技术两方面成为研究的热点。人们已经研制了a-C:H薄膜做为有源层的光发射二极管,但这些器件的性能还不能满足实际应用的需要。其原因之一是对a-C:H材料还没有建立一个有效的掺杂过程。因此,目前许多人还在致力于对a-C:H薄膜掺氮的研究。研究结果表明,掺N能够显著地提高光致发光强度。这对提高以a-C:H薄膜为有源层的光电器件质量,改进发光性能是有益的。另一方面,掺氮将引起a-C:H薄膜微结构的改变。本文研究的目的在于探讨薄膜微观结构、发光中心和N原子作用三者之间的关系。因此,本文对掺N与未掺N的a-C:H样品进行了对比研究。通过红外、扫描差热和透射-反射光谱研究了其微观结构的变化。用光致发光光谱研究了氮与发光中心的关系,讨论了氮对a-C:H薄膜微观结构和发光中心的影响。     

计算模拟掺氮碳纳米管与水中芳香类污染物的吸附作用

掺氮碳纳米管(N-CNTs)因其独特的理化性质,在诸多领域呈现广阔的应用前景.伴随N-CNTs的大量生产和使用,其将不可避免地释放到环境中.进入环境中的N-CNTs可以与污染物发生吸附作用,进而改变二者的环境行为和生态风险.目前,N-CNTs对水中有机污染物的吸附行为鲜有报道.本研究构建了不同掺杂浓度/形态的掺氮单壁碳纳米管(N-SWNTs),基于密度泛函理论,模拟水中芳香类有机污染物在N-SWNTs上的吸附.计算结果表明,氮掺杂可以提高N-SWNTs对芳香类化合物的吸附性能.掺杂浓度和掺杂形态会影响N-SWNTs的吸附能力,高浓度吡啶氮掺杂的N-SWNTs对芳香类化合物具有较强的吸附作用.化合物与N-SWNTs之间主要发生物理吸附,疏水作用和π–π相互作用是化合物在N-SWNTs上吸附的主要作用力,污染物官能团可加强其与N-SWNTs之间的吸附作用.本研究可为N-SWNTs的生态风险评价提供一定的理论指导.     

生物超微弱发光图象的观测

任何有生命的物质在进行新陈代谢的过程中,都可以自发地或受外界条件诱导后发射出一种极其微弱的光子流,强度在10～10~4光子/cm~2·s,波长在180～800nm之间.这种现象广泛存在于动植物中.自从1955年Colli等人第一次用光电倍增管测量了生物的超微弱发光之后,国内外的科学家对生物超微弱发光的理论和实验研究都很关注,但由于受到光电探测器灵敏度的限制,绝大多数的工作是探测生物样品超微弱发光的总强度,记录的只是空间积分光强,而不具备空间分辨能力,即不能反映样品各部位的发光强度分布,给生物超微弱发光的研究带来一定的困难和局限性.     

掺Cu~+玻璃荧光的格位效应

无机玻璃中由于顺磁离子所处格位经受着对角和非对角畸变,导致了它的光谱和ESR谱线都有严重的不均匀加宽。它导致格位与格位之间能级本征值的畸变以及耦合强度的差别。在研究玻璃中掺杂离子的发光性质时,它的发光机制时常被这种扩展对称性所引起的效应所掩没。因此利用选择激发和零延迟取样技术来揭示不同格位荧光光谱分布是十分有意义的。     

在差应力条件下石英-柯石英转化的实验研究

在固体介质三轴实验系统中采用石英岩进行了石英-柯石英转化的实验研究. 实验结果表明, 在实验围压1.3 GPa, 温度950~1000℃, 差应力1.5~1.67 GPa, 应变75%~81%的条件下, 在塑性变形的实验样品石英岩接近端部的区域, 经Raman光谱分析证实出现了细粒柯石英, 显然, 在差应力条件下出现柯石英的压力远小于静压条件下柯石英稳定存在的压力, 这表明柯石英的形成条件不是惟一的. 在差应力条件下石英-柯石英相变边界向低压方向迁移受最大主应力和差应力的控制, 最大主应力形成了相对较高的应力环境, 差应力导致了样品的变形. 本实验柯石英出现在塑性变形的样品中, 而前人报道柯石英既出现在半脆性变形的样品中, 也出现在塑性变形的样品中. 发生在低温半脆性域的相变机制 是差应力产生的剪切变形引起力学不稳定, 发生在高温塑性域的相变机制是在差应力环境下石英强 烈变形产生的高位错密度引起应变不稳定, 而这两种相变必须在围压大于一定值(如大于1 GPa)时才能发生.     

掺Mn2+离子纳米非晶SiO2发光研究

关于Mn~(2 )离子的发光性质研究已有很多报道,它们一般都集中在无机玻璃中,并对发光机理进行了分析。但对掺Mn~(2 )离子在纳米非晶SiO_2发光行为尚未见报道,本文运用溶胶凝胶法制备出掺Mn~(2 )离子纳米非晶SiO_2,测量其荧光光谱,当激发波长为337nm时,其发射光谱在460nm处有一强而宽的蓝光发光带。并对发光机理和发光强度的变化进行了研究。     

新型半导体深能级掺杂机制研究

掺杂技术是现代半导体技术的核心之一.本文介绍了荣获2017年国家自然科学奖二等奖的项目,重点围绕宽禁带半导体材料、二维半导体材料的能带结构和器件,系统地研究了几类重要的半导体材料的深能级掺杂机制,并进行性能预测.主要创新工作包括:(1)提出了钝化共掺杂方法,增加了TiO_2的光催化效率;(2)发现了空穴导致非磁半导体中d~0铁磁性的新的物理机制;(3)为克服小量子系统掺杂瓶颈,提出通过共掺杂方法在材料中形成杂质能带,降低杂质电离能以提高载流子浓度;(4)对两类新型的二维半导体材料,即过渡金属硫化物以及石墨炔,发现了一系列新奇的物理现象和掺杂机理.这些工作对半导体掺杂理论的发展、新一代纳米器件和第三代半导体器件的结构设计以及性能预测将起到重要的指导作用.