受限条件下玻璃基质中LaF3微晶生长机理的光谱学探究简

利用高温熔融法制备了Eu³⁺掺杂的45SiO₂-25Al₂O₃-18Na₂O-9.5LaF₃玻璃,并将基础玻璃在可控条件下进行晶化热处理后获得了性能良好的玻璃陶瓷. 通过XRD,TEM和光谱学手段对玻璃陶瓷进行了表征,结果表明晶化热处理后,LaF₃纳米晶体从原有单一的玻璃相中析出,晶粒大小约为25 nm. Eu³⁺掺杂玻璃陶瓷、纳米晶体和玻璃3种基质的光谱分析及XRD结果证明稀土离子进入到LaF₃纳米晶体中并计算出在其中富集的比例. 进一步利用源自于Eu³⁺离子的发射谱和激发谱研究了退火温度和前驱物中重金属离子对玻璃网络结构中LaF₃纳米晶体生长影响的机理,为玻璃陶瓷的人工设计合成提供了理论支持.     

二氧化硅凝胶玻璃基质中硒化锌纳米晶的原位生长及光谱表征

采用溶胶凝胶法和气氛还原热处理工艺在二氧化硅凝胶玻璃基质中原位生长硒化锌纳米晶, 首次获得了均匀、透明、亮黄色的ZnSe-SiO₂凝胶玻璃纳米复合材料. 利用X射线衍射(XRD)、UV-VIS吸收光谱和Raman光谱对复合材料中的ZnSe纳米粒子进行了光谱表征. 观测到均匀分散在凝胶玻璃中的硒化锌纳米晶XRD衍射峰的宽化、带间吸收边的蓝移及Raman散射光谱的移动和非对称的宽化. 利用实验数据从理论上对凝胶玻璃中ZnSe纳米晶平均粒径的计算, 结果表明X射线衍射、光吸收边蓝移以及Raman光谱的估算结果基本一致, 平均直径为4.6 nm左右, 并对它们之间的偏差进行了分析.     

局域环境对Tm3+掺杂透明氟氧化物玻璃陶瓷荧光光谱温度特性的影响

通过变温条件下选择激发掺杂发光离子, 在同一样品中实现了不同局域环境下离子荧光的光谱分离. 利用频域及时域的光谱学测量, 研究了镶嵌有纳米晶体的透明玻璃陶瓷体系中掺杂离子的荧光性质和弛豫过程随样品温度和离子局域环境的变化规律, 探讨了局域结构变化对荧光温度特性的影响. 根据样品结构和基质声子分布特点, 分析讨论了荧光衰减过程二阶指数行为. 结果显示, 位于晶相环境中离子的荧光寿命显示较强的温度依赖特性, 而玻璃环境中发光离子的荧光寿命受温度影响较小.     

原位纳米颗粒掺杂分子沉积膜的纳米摩擦学行为

利用分子沉积技术在石英和玻璃基底上制备了含有Cu²⁺的聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)/聚丙烯酸(PAA)分子沉积膜, 然后将不同层数的分子沉积膜浸入到刚刚配制的硫化钠水溶液中. CuS纳米颗粒在分子沉积膜中原位生成, 从而制备原位纳米颗粒掺杂分子沉积膜. 利用紫外-可见光谱、XPS及原子力显微镜(AFM)对原位纳米颗粒掺杂分子沉积膜进行表征, 并利用AFM研究了膜的纳米摩擦学性能. 结果表明原位纳米颗粒掺杂分子沉积膜具有较小的摩擦力和较高的耐磨寿命.     

氟氧化物玻璃陶瓷中Yb3+和Er3+的强交叉弛豫过程

氟氧化物玻璃陶瓷是一种兼有氟化物低声子能量和氧化物机械强度的新型上转换发光材料.在Er3+和Yb3+离子共掺杂的氟氧化物玻璃陶瓷中,紫光激发时产生较强的红色辐射,而不是常规的由于多声子逐级弛豫引起的绿色辐射.荧光光谱分析表明,Yb3+离子的敏化引起的强交叉弛豫过程是红色辐射相对强度增加的主要原因.紫光激发时产生相对强度较强的红色辐射说明在氟氧化物玻璃陶瓷中,稀土离子掺入到氟化物微晶中,而氟化物微晶则被包埋于氧化物基质中.     

氟化物纳米晶体中Tm3+对Eu3+的荧光增强效

采用水热-烧结法制备了性能良好的Eu³⁺ /Tm³⁺共掺LaF₃和LaOF 纳米晶体. 在波长为532 nm的激光激发下, 实现了共掺样品中Tm³⁺对Eu³⁺的荧光增强效应. 结果发现, 当三价稀土离子Tm³⁺作为敏化剂被共掺到LaF₃:Eu³⁺和LaOF:Eu³⁺纳米晶体中时, 掺杂 Eu³⁺的荧光发射得到了显著的增强, 其增强倍数与Tm³⁺离子的浓度密切相关. 与单掺 Eu³⁺离子的LaOF:Eu³⁺纳米晶体相比较, Tm³⁺离子的掺入可使氟化物纳米晶体中原本已经很强的⁵D₀→⁷F₂(612 nm)红色荧光辐射又增强了一个数量级, 从而获得拥有良好颜色纯度和极高辐射强度的红色荧光纳米材料. 依据实验观测结果和晶体结构对称性特点, 研究了共掺体系中荧光增强的产生机理以及局域对称性变化对于荧光强度的影响.     

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.     

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.     

Pr3+/Tm3+共掺LaF3纳米体系中能量转移效应的光谱学研究

在较低的温度下用水热法制备了分散性良好的Pr³⁺/Tm³⁺共掺的LaF₃纳米颗粒. X射线衍射、原子力显微镜和透射电子显微镜等技术对纳米颗粒进行表征的结果显示, 纳米颗粒呈六方相, 平均粒径为30 nm. 通过激光激发LaF3:Pr³⁺/Tm³⁺共掺纳米体系中的Tm3+离子, 实现了Tm³⁺离子到Pr³⁺离子的能量转移, 观测到了因此而产生的荧光辐射. 运用光谱学方法对共掺纳米体系的荧光辐射性质进行了研究分析, 并对相应的能量转移机理进行了探讨.     

ZnS-SiO2纳米复合材料的结构和性能

随着微电子学和光电子学的发展,信息处理要求存储材料具有极高的存储密度和极快的响应速度.近来理论研究表明,当半导体晶粒的尺寸小于10nm时,材料的三阶非线性极化率和快速响应速度都将提高.因而纳米复合材料可望成为一种优越的存储材料,并引起人们的广泛关注.1983年,Jain等在Cd(SSe)掺杂玻璃中观测到了较大的三阶非线性光学系数.1989年,Nogami等通过Sol-gel工艺制备了半导体掺杂的凝胶玻璃.我们也采用类似的工艺制备了CdS掺杂的凝胶玻璃,并观察了量子尺寸效应和非线性光学效应.但对这种纳米粒子掺杂形成的复合材料的结构,还缺乏了解.本文通过溶胶凝胶工艺,制备了ZnS分散在SiO_2玻璃中的纳米复合材料.采用XRD,TEM,RDF,Raman光谱对其结构进行了表征.并通过吸收光谱观察到了蓝移现象.利用简并四波混频(DFWM)方法测量了其三阶非线性光学系数.最后讨论了结构对性能的影响.     

ESR研究ZrO_2纳米晶的点缺陷

电子自旋共振(ESR)是研究晶体中点缺陷和化合物中离子价态的实验方法之一.ESR实验研究发现ZrO_2纳米晶中的点缺陷与材料制备的方法和工艺密切相关.通常情况下ZrO_2多晶和微晶是白色的,Zr~(4+)和O~(2-)都是非磁性离子,自旋量子数s均为零,因而没有ESR信号.但用柠檬酸盐爆炸分解方法制备的纳米晶(粒径为9.2nm)是深灰色的,并测到了色心的ESR信号,这是由于爆炸分解法制备的纳米晶是在极短促的瞬间生成的,晶粒中有许多色心点缺     

ZrO2掺杂YBa2Cu3O7-δ超导薄膜的磁通钉扎

YBa₂Cu₃O_7-δ(YBCO)超导薄膜的临界电流密度J_c会因为外磁场的增大而衰减.为了抑制这一现象,有必要引入人工钉扎中心.预制纳米晶能够实现对异质相大小和形状的预先调控,是一种非常高效的人工钉扎手段,能有效解决传统元素掺杂引起的尺寸和团聚问题.本文利用水热法可控地制备出两种尺寸小于10 nm的点状和棒状ZrO₂纳米晶,并采用葡萄糖酸对其表面进行修饰,实现它们在YBCO前驱液中的均匀单分散.单分散ZrO₂纳米晶的掺杂明显地提高了YBCO薄膜的低温磁通钉扎效果和在场临界载流性能,但是纳米晶掺杂量过多,又会因为生成BaZrO₃(BZO)而消耗过多Ba源,致使YBCO薄膜超导性能下降.另外,掺杂5%的点状ZrO₂纳米晶比棒状纳米晶对超导性能提升更优.     

掺铒氟硫磷酸盐高增益激光光纤

光纤激光器是大功率激光、空间激光通信、引力波探测、地球磁力探测等国家安全与科学前沿领域的迫切和重大需求.稀土离子掺杂的高增益玻璃光纤是光纤激光器的核心工作介质.氟硫磷酸盐（fluoro-sulfo-phosphate,FSP）激光玻璃具有稀土溶解度高、受激发射截面大、光学光谱性质优异等特点,是高增益激光光纤的潜在候选.本文从玻璃形成区、玻璃结构与性质关系、掺稀土玻璃发光与激光角度系统研究了Al F₃-R₂SO₄-RPO₃/Zn（PO₃）₂（R=Li、Na、K）系列新型FSP玻璃.结果表明,热力学方法有助于简便快速地确定玻璃形成区,为该类新型激光玻璃设计提供指导.通过固体核磁共振谱、拉曼光谱、差示扫描量热分析、耐久性实验等揭示了Zn（PO₃）₂能够提高FSP玻璃的结构聚合度和阴阳离子相互作用强度,从而增强玻璃的抗析晶稳定性和化学耐久性等,为大尺寸玻璃制备和光纤拉制奠定基础.Er³⁺/Yb     

阴极射线电子激发下Sr5(PO4)3Cl:Eu2+蓝色荧光粉的发光研究

Eu2+激发的氯磷酸锶荧光粉一直是一种传统的灯用荧光粉, 合成了蓝色荧光粉Sr5(PO4)3Cl?Eu2+, 并研究了在电子激发下的发光特性, 此外还对碱土金属Ca2+, Ba2+等共同掺杂之后对发光性能的影响及原因进行了分析, 当在中-低电压工作下, 对其在不同电流密度的电子束激发下的发光亮度和饱和特性进行了测量.     

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     

(C_5H_5NO)_2 CuCl_2中Cu~(2+)零场分裂的研究

过渡金属族d~9(d~1)电子组态的离子在任何对称晶场中,零场分裂轴对称分量D和斜方分量E理论上为零.例如,文献[1～7]研究了络离子中Cu~2+(d~9)离子的光学、磁学和电子顺磁共振(EPR)性质,均无D和E出现.然而,Kokoszka等的EPR(Electron paramagneticresonance)实验发现晶体(C_5H_5NO)_2CuCI_2Cu~2+离子的D和E都不为零,该疑惑迄今尚无满意的理论解释.本文根据该晶体的结构,采用d~9-d~9电子组态对模型:(i)合理地解释了零场分裂D,E反常出现的疑惑;(ii)用组态对内部的双跃迁机制解释了21000cm~-1谱带出现的原因,并预测25000cm~-1以上存在另一条双跃迁谱.     

氧化和还原处理对Fe:LiNbO_3晶体光折变效应的影响

光折变晶体是当前高科技领域,尤其是在国防、航天、通讯等领域中应用广泛的功能材料,可用作全息记录介质、相位共轭反射镜、放大器、光开关等,铌酸锂(LiNbO_3)是其中重要的一类.掺杂可以有效地改善LiNbO_3晶体的光折变性能,如掺镁可提高晶体的抗光损伤能力,掺铁可提高晶体的光折变灵敏度.适当的氧化和还原处理可以改变晶体中掺杂离子的价态和晶体中的缺陷分布,从而影响晶体的光折变性能.我们生长的Fe:LiNbO_3,经过氧化和还原处理后,晶体的光折变性能有较大变化.这里介绍了掺铁铌酸锂的氧化和还原处理工艺条件,研究了处理前后晶体光折变性能的变化,并对这种氧化、还原作用的机理进行了初步探讨.     

掺杂LiNbO_3晶体非简并四波混频及其温度增强效应

利用非简并四波混频,可以产生一束频率与原信号光不同的相位共轭波,可用于图象转换和彩色相位共轭领域.本文在掺杂0.10mol%Eu_2O_3和0.05mol?_2O_3的Eu:Fe:LiNbO_3晶体中,利用波长为488.0nm的蓝色Ar~ 激光和波长为632.8nm的红色He-Ne激光,实现了非简并四波混频.实验光路如图1所示,红光提供一束泵     

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.     

掺Cr~(3+)无机玻璃激光激发的荧光光谱

掺杂过渡金属离子的无机玻璃作为一种有希望的可调谐激光材料,已日益引起人们的重视。但是到目前为止,对这种材料发光的微观机理尚缺乏深入的了解。随着激光光谱学的发展,近来对掺杂稀土离子的晶体和玻璃的研究,有关激活中心发光动力学及能量转移的理论有了长足进展。特别是选择激发的荧光线变窄(FLN)方法,已逐步揭示了发光的微观本质与宏观光谱特性的内在联系。对晶体中过渡金属离子的研究,应用这种方法也已积累了丰富的数据资料。然而由于玻璃态物质结构的无序性,对掺杂过渡离子的发光微观机理的研究十分