Lu_2SiO_5∶Ce荧光粉的热释光特性研究
Cr3+掺杂的宽带近红外荧光粉研究进展
第41卷2024 年 3 月应用化学CHINESE JOURNAL OF APPLIED CHEMISTRY第3期328⁃339Cr 3+掺杂的宽带近红外荧光粉研究进展卢紫微1，2刘永福1* 罗朝华1 孙鹏1 蒋俊1*1（中国科学院宁波材料技术与工程研究所， 宁波 315201）2（宁波大学材料科学与化学工程学院， 宁波 315211）摘要 荧光转换型近红外发光二极管（NIR pc -LED ）具有体积小、谱带宽和峰位易调谐等优点，是新一代NIR 光源发展的前沿，其关键在于研发可被蓝光有效激发的高效率宽带近红外荧光粉。
面向广泛研究的Cr 3+激活近红外发光材料，本文综述了发射峰在800~900 nm 波段材料发展现状。
基于磷酸盐、硼酸盐和硅锗酸盐等体系，阐述了其结构特征与近红外发光峰位、谱带宽度的关系，以及采用工艺优化、组分调节和共掺杂等方法调控近红外发光效率、热稳定性能的效果。
关键词 近红外荧光粉；800~900 nm ；Cr 3+；Yb 3+；磷酸盐；硼酸盐；硅锗酸盐中图分类号：O644 文献标识码：A 文章编号：1000-0518（2024）03-0328-12近红外光谱技术具有无损伤、穿透性好等优点，在无损检测、食品安全、夜视与医疗成像等领域具有广泛应用［1-5］。
近红外光谱技术与便携式智能设备的快速发展对近红外光源提出了器件小型化、光谱宽带化的要求。
传统近红外光源，如白炽灯、卤素灯和近红外激光器，谱带宽、体积大和能耗高。
近红外发光二极管（Near -infrared light -emitting diode ， NIR LED ）体积小、能耗低，但其发光范围窄（＜50 nm ）［6-7］。
为此，研究者们提出荧光转换型（Phosphor -converted ， PC ）近红外发光二极管（NIR pc -LED ）技术方案：在蓝光芯片上涂覆近红外荧光粉实现近红外光发射，其具有体积小、节能环保、谱带宽和寿命长等优点［8-9］。
Ce：Gd2SiO5单晶闪烁器
Ce：Gd2SiO5单晶闪烁器
王志军
【期刊名称】《发光快报》
【年(卷),期】1995(000)006
【总页数】5页(P31-35)
【作者】王志军
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TL812.1
【相关文献】
1.KMgF3∶Eu和KMgF3∶Eu-Ce单晶体中Eu2+与Ce3+的格位取代和能量传递[J], 苏海全;贾志宏;石春山
2.单晶菱形CeOHCO3片状物的制备及其向CeO2的热转换 [J], 张泽芳;俞磊;刘卫丽;宋志棠
3.Ce3+/Yb3+共掺LiLuF4单晶的紫外和近红外发光研究 [J], 周雄; 方立志; 黄双武; 夏海平; 胡建旭; 章践立; 陈宝玖
4.不同Ce含量的Nd_(2-x)Ce_xCuO_4(x=0.14,0.15)单晶的输运性质 [J], 孙成海;杨宏顺;王建彬;成路;柯少秦;许祥益;曹烈兆
5.新型(Yb^3＋,La^3＋)∶Gd2SiO5和(Yb^3＋,Tb^3＋)∶GdTaO4单晶生长及分凝研究 [J], 宁凯杰;张庆礼;孙敦陆;殷绍唐
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
稀土离子Ce,Eu掺杂氟化镁钾荧光粉的光谱性质
稀土离子Ce,Eu掺杂氟化镁钾荧光粉的光谱性质朱国贤;谢木标;李海莲;邱发民【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2013(41)18【摘要】采用高温固相反应法合成了Eu2+,Ce3+单掺和共掺KMgF3.分析了样品的结构,结果表明,所合成的样品均为单相.测定了它们的激发和发射光谱,结果显示:在Eu2单掺KMgF3中,发现峰值位于360 nm附近的锐峰线发射;在KMgF3双掺体系中,只能观察到Eu2+的发射光谱,并且Eu2+的发射强度随着Eu2+的浓度增加而增强,说明在共掺体系中存在Ce3+→Eu2+能量传递过程.【总页数】3页(P108-109,114)【作者】朱国贤;谢木标;李海莲;邱发民【作者单位】湛江师范学院化学科学与技术学院,物理化学研究所,广东湛江524048;湛江师范学院化学科学与技术学院,物理化学研究所,广东湛江524048;湛江师范学院化学科学与技术学院,物理化学研究所,广东湛江524048;湛江师范学院化学科学与技术学院,物理化学研究所,广东湛江524048【正文语种】中文【中图分类】O614.3【相关文献】1.稀土离子掺杂LaAlO3:RE3+(RE=Eu,Tb,Sm,Tm)荧光粉的发光性能 [J], 陈彩花;王小军;蒙丽丽;张丽霞;梁利芳2.稀土离子Ce,Tb掺杂硼磷酸锶荧光粉的发光性质 [J], 王芳;宋宏伟;董彪3.稀土离子Ce, Tb掺杂硼磷酸锶荧光粉的发光性质 [J], 刘春棠;何大伟;李少霞;刘端阳;鲁成祝4.稀土离子(Gd3+,Ce3+/Ce4+,Eu3+)对Tb3+掺杂硅酸盐玻璃发光性能的影响[J], 祖成奎;陈江;赵慧峰;刘永华;韩滨;王衍行5.稀土离子掺杂的YAG:Ce^(3+)荧光粉发光性能的研究 [J], 杨英;吴茜;耿秀娟;陈永杰因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
闪烁体 Y2 SiO5∶Ce 的发光特性
闪烁体Y2 SiO5∶Ce 的发光特性王文静;丁喜峰;孙鑫;朱二旷;李兴元;张红梅;郭得峰;陈海良【期刊名称】《光谱学与光谱分析》【年(卷),期】2016(036)008【摘要】Cerium doped Y2 SiO5 (YSO)is an important scintillator material due to its high density,non-hygroscopic,excellent light output and fast decay time nature.in the paper,Y2 SiO5 ∶Ce3 + 0.2%(YSO∶Ce)was grown with high-temperature solid-phase method.The time-resolved excitation and emission spectra and fluorescent decay curves at low temperature and room tem-perature (RT)were measured and discussed.There were two types of luminescence,one was the crystal defect emission,the center at 320 nm;the other one was doped Ce3 + ions 5d →4f emission,the center at 440 nm.Only when the excitation energy (E x )was greater than the band gap width (E g ),the crystal defect emission can be observed corresponding to slow process,and the emission intensity was higher at low temperature.The crystals defect emission was hardly observed in the time-resolved emission spectra when the temperature rose to room temperature because of temperature quenching.Regions from 60 ~300 nm corresponding to emission due to 5d →4f transitions in the activator Ce3 + ions peaks at 440 nm,a plurality of excitation peaks were observed.Among them,the excitation with energy less than 6.1 eV(E x <E g )was the direct excitation band belonging to the 5d energy level of Ce3 + ions.Thecorresponding excitation emission was fast process.Two emission peaks centering at 392 and 426 nm were observed at lowtemperature,corresponding to the Ce3 + ion electron transition from the lowest 5d level to the two spin-orbit 4f ground state of Ce3 + (2 F 5/2 ,2 F 7/2 ).With increasing temperature the doublet was thermalized and at RT the emission peak separation cannot be observed.At 200 and 300 K,when the excitation energy (E x )was greater than the band gap width (Eg ),decay curve had obvious rising edge,which shows that some energy is transmitted to Ce3 + ions.%Y2 SiO5∶Ce3+(YSO∶Ce)具有高密度、不吸潮以及良好的光输出和快速衰减的特性,是一种重要的闪烁材料。
金属-有机框架荧光粉热增强发光研究
金属-有机框架荧光粉热增强发光研究1. 引言1.1 背景介绍金属-有机框架是一种新型的材料，在过去几年中得到了广泛的研究和应用。
金属-有机框架材料具有高度可调性、特定的孔隙结构以及优良的稳定性，这使得它们在药物传输、气体分离、催化和光学领域等方面发挥着重要作用。
随着对金属-有机框架的深入研究，人们发现它们不仅可以作为吸附剂和催化剂，还可以在荧光领域有所应用。
荧光粉热增强发光是指在高温下，荧光粉的发光强度增加的现象。
这种现象可广泛应用于照明、显示和传感等领域。
目前对于荧光粉热增强发光机制的研究仍然不够深入，尤其是在金属-有机框架材料中的应用方面。
本研究旨在探讨金属-有机框架荧光粉热增强发光的机制，并寻求实验方法来验证这一现象。
通过本研究的实施，我们希望能够为金属-有机框架材料的荧光应用提供新的思路和方法。
1.2 研究目的本文旨在探讨金属-有机框架荧光粉热增强发光研究的研究目的。
通过分析金属-有机框架材料的特性，荧光粉热增强发光机制以及实验方法和实验结果，旨在揭示荧光粉在高温环境下的发光机制，并探索其在照明、显示以及生物医学领域的潜在应用价值。
研究的重点将集中在如何通过金属-有机框架材料的特性优势，实现荧光粉的热增强发光效果，从而为相关领域的技术创新和应用提供新的思路和方法。
通过本研究，希望能够进一步提高荧光粉的发光效率和稳定性，在实际应用中取得更好的效果，并为未来金属-有机框架荧光粉在光电子领域的发展提供有益参考和借鉴。
【字数：207】2. 正文2.1 金属-有机框架材料的特性金属-有机框架材料是一种新型的多孔材料，具有高度有序的结构和多孔性质。
其特性主要包括以下几个方面：1. 高表面积：金属-有机框架材料具有极高的比表面积，一般在1000 m2/g以上，这使得其具有较强的吸附性能和催化性能。
2. 可控孔径：金属-有机框架材料的孔径大小可以通过合适的合成方法进行调控，可以实现从微孔到介孔再到大孔的范围。
Ce3激活荧光材料发光光谱峰形与发光中心结构的关系的研究
Ce3+激活荧光材料发光光谱峰形与发光中心结构的关系的研究化学与分子工程学院99级傅丹摘要本论文主要研究了以下三个方面的内容：1. 蓝色荧光粉光谱特征对三基色荧光灯性能影响的模拟计算。
通过计算机模拟的色度学计算表明，蓝粉的波长在455nm时，三基色灯的发光效率最高，而发光峰值波长在470nm时，三基色灯的显色指数最佳。
蓝色荧光粉发光峰带宽的增加使发光效率下降，而显色指数提高。
提高三基色荧光灯性能的根本途径是提高蓝粉的发光效率，而不是靠移动蓝粉发光峰的位置。
2. CM激活荧光材料发射光谱峰形与发光中心结构关系的研究。
我们主要研究了荧光粉Y2SiO5：Ce3+，实验表明，荧光粉Y2SiO5：Ce3+的发射光谱不能由两个高斯峰拟合得到，而用四个拟合则比较合适。
我们猜想这是由于CM在Y2SQ5中占有两个不同位置，从而有两个发光中心引起的，并用Rietveld方法对（Y i-x Ce）2SQ5 进行结构精修。
由于Ce含量很低，很难得出Ce的在晶格中的确切位置,说明此方法应用范围很有限。
在Y2SiO5：Ce3+的电子顺磁共振（EPR）研究中，由于EPR仪器的频率不够高，也难以分辨出Ce的两个位置。
3. Bi3+激活的蓝色荧光粉YGeA GdGeO体系发光性质的研究。
在YGeOBi 3+ 中掺不同含量的Gd, Sc，La，Lu的发射光谱表明，光谱位置基本没有发生移动，而强度有所下降，当掺杂量超出固溶区范围时，则显示为两套光谱的重叠。
GdGeOBi 3+中掺杂Sc，La, Lu时现象类似,掺丫时强度有所提高，当（Gd1-x Y X）丫含量为3%时，发光强度最大。
2GeO:Bi 3冲一. 蓝色荧光粉光谱特征对三基色荧光灯性能影响的模拟计算。
（一）. 前言三基色荧光灯以其高效节能的优势已得到广泛应用，但关于三基色荧光灯粉的优化工作仍在进行，以期望进一步提高荧光灯的性能。
目前的三基色荧光灯中，蓝粉用量较少（10%）,由于其发光峰位置处于人眼视见函数的不敏感区，对荧光灯总发光效率的贡献较小。
Ce_Lu_2SiO_5闪烁陶瓷的放电等离子烧结与发光性能_林挺
第26卷 第11期 无 机 材 料 学 报Vol. 26No. 112011年11月Journal of Inorganic Materials Nov.,收稿日期: 2010-12-19; 收到修改稿日期: 2011-04-07基金项目: 国家自然科学基金大科学装置联合基金(11079026/A0804); 上海市基础重点研究项目(09JC1406500); 高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室开放课题(SKL20109SIC); 上海市重点学科(S30107)National Natural Science Foundation of China (11079026/A0804); Basic Research Key Project of Shanghai Nunicipal (09JC1406500), Opening Project of State Key Lab of High Performance Ceramics and Superfine Microstructure (SKL201009SIC); Shanghai Leading Academic Disciplines (S30107)作者简介: 林 挺(1984−), 男, 硕士研究生. E-mail: linting0808@ 通讯作者: 施 鹰, 研究员. E-mail: yshi@文章编号: 1000-324X(2011)11-1210-05 DOI: 10.3724/SP.J.1077.2011.01210Ce:Lu 2SiO 5闪烁陶瓷的放电等离子烧结与发光性能林 挺, 许志斌, 邓莲芸, 任玉英, 施 鹰, 谢建军(上海大学 材料科学与工程学院, 电子信息材料系, 上海 200072)摘 要: 以亚微米级单相铈离子掺杂硅酸镥(Ce:Lu 2SiO 5, LSO)发光粉体为原料, 采用放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering)技术対多晶LSO 闪烁陶瓷的制备方法进行了探索, 同时对其发光性能进行了研究. 在(1350℃/5min)的条件下实现了LSO 粉体的快速致密化烧结, 研制出了具有良好发光性能的半透明多晶LSO 闪烁陶瓷, 其相对密度达到理论密度的99.5%. 在360nm 紫外激发条件下, 呈现位于380~600nm 的宽峰发射行为. 其相对发光强度达到LSO 闪烁单晶的75%, 发光衰减时间仅为9.67ns. 该材料有望成为一种新型的高光输出、快衰减多晶闪烁材料. 关 键 词: 闪烁陶瓷; 硅酸镥; 放电等离子烧结; 发光性能 中图分类号: TQ174 文献标识码: ASpark Plasma Sintering of Ce 3+:Lu 2SiO 5 Scintillation Ceramics and Its Luminescent CharacteristicsLIN Ting, XU Zhi-Bin, DENG Lian-Yun, REN Yu-Ying, SHI Ying, XIE Jian-Jun(Department of Electronics and Information Materials, School of Materials Science and Engineering, Shanghai University, Shanghai 200072, China)Abstract: Cerium-doped lutetium orthosilicate (Ce:Lu 2SiO 5,LSO) scintillation ceramics were fabricated by usingspark plasma sintering (SPS) technique starting from synthesized submicron polycrystalline LSO luminescent pow-der. Polycrystalline translucent LSO ceramics were rapidly densified under optimized sintering conditions of 1350℃/5min. The relative density of obtained translucent LSO ceramic reached 99.5% theoretically. Under excita-tion of 360nm, a broad emission peak was detected in the wavelength range of 380nm to 600nm. The relative emis-sion intensity of obtained LSO ceramic attained 75% of LSO single crystal scintillator. The luminescent decay time was measured to be only 9.67ns. The good luminescent characteristics make LSO polycrystalline ceramic a prom-ising scintillator candidate for radiation detection in future.Key words: scintillation ceramics; lutetium orthosilicate; spark plasma sintering; luminescent characteristics铈掺杂硅酸镥(Ce:Lu 2SiO 5, LSO)单晶是一种综合性能优越的闪烁体材料, 密度为7.4g/cm 3, 绝对光输出可达25000~29500ph/MeV, 光产额是BGO 单晶的4~5倍, NaI(Tl)的75%, 发光衰减时间仅为40ns, 远优于NaI(Tl)(230ns)、CsI(Tl)(700ns)和BGO(300ns), 已成功应用于核医学探测技术中. 但是LSO 属于单斜晶系, 存在明显的各向异性, 造成大尺寸高质量的LSO 单晶制备困难, 样品容易发生开裂并出现杂相. 此外, Ce 在LSO 基质的分凝系数也限制了其在大尺寸LSO 单晶中的均匀掺第11期林挺, 等: Ce:Lu2SiO5闪烁陶瓷的放电等离子烧结与发光性能 1211杂分布. 采用多晶陶瓷制备工艺研制各向同性的多晶LSO光学陶瓷, 有望较方便地实现Ce3+离子的均匀掺杂, 在保证其发光性能的基础上, 降低LSO闪烁材料的制备工艺难度和成本, 对于LSO 材料的应用推广具有重要的科学意义. 近年来, LSO闪烁陶瓷制备技术已取得了明显进步, Lempicki 等[1]通过热压工艺在1700℃制备了光产额达到LSO单晶50%~60%的多晶LSO闪烁光学陶瓷, Wang等[2]则利用喷雾热解法制备的纳米级多晶LSO粉体为原料, 通过热等静压工艺制备了在可见光波段透过率为11%的半透明LSO闪烁光学陶瓷. 但从致密化过程来看, 大多需要很高的温度和较长时间.放电等离子烧结(SPS)是一种全新的快速致密化技术. 利用高能脉冲电流通入装有粉末的模具具有非常高的热效率, 有利于晶粒的长大和坯体的致密化, 可在相当短的时间内较低的温度下使烧结体达到致密[3-5]. 目前很多研究者利用该技术进行透明陶瓷的研究与开发, 已成功开发出MgO[6]、YAG[7]、MgAl2O4[8]、ZrO2[9]和Al2O3[10-11]等透明陶瓷.本工作在采用溶胶−凝胶法制备亚微米级LSO 发光粉料, 并通过放电等离子烧结技术, 在不添加烧结助剂的条件下, 实现了半透明LSO闪烁光学陶瓷的固相烧结, 所得LSO闪烁陶瓷具有良好的发光特性.1实验方法起始粉料为溶胶−凝胶法制备的多晶亚微米级LSO粉体, 其中Ce3+离子的掺杂浓度为0.5mol%. 图1为LSO粉体的TEM形貌, 显示其颗粒尺寸在100nm左右.图1 LSO多晶粉体的TEM照片Fig.1 TEM micrograph of starting LSO polycrystalline powder采用日本Sumitomo Coal Mining公司的Dr Sinter 2040型放电等离子烧结炉进行烧结. 将粉体置于内径为φ15mm的高强石墨模具中, 放入SPS装置中, 真空度优于10Pa. 按图2设定的烧结制度进行烧结, 首先在3min内由室温升温到550℃左右, 然后以100/min℃的升温速率升温至1000,℃随后降低升温速率至50/min,℃在8min内使温度上升到1350,℃保温时间为5min. 采用分步加压方法对样品进行加压, 在1000℃之前保持轴向压力为20MPa, 当温度升高到1000,℃增加轴向压力至50MPa, 保持恒定压力至烧结结束. 然后样品随炉冷却至室温, 并在1000℃空气气氛下退火15h, 得到半透明多晶LSO闪烁陶瓷样品.将样品细磨至厚度1mm并经过抛光处理. 利用排水法测量样品的体积密度, LSO陶瓷的理论密度为7.40g/cm3.采用日本JEOL公司的JEM-2010/ 2100F型透射电镜观察粉体的形貌. 采用日本理学D/max-2500型X射线粉末衍射仪分析样品的相组成情况. 采用日本JEOL公司JEM-6700型扫描电镜观察陶瓷断口形貌. 采用 JASCO公司 FP-6500/6600荧光光谱仪测试样品的发射与衰减光谱.2结果和讨论2.1 LSO闪烁陶瓷的SPS致密化过程在陶瓷材料的SPS烧结过程中, 利用作用在模具上的大电流产生脉冲能, 放电脉冲电压和焦耳热产生的瞬间高温场实现快速烧结致密化. 在SPS过程中, 试样的实时纵向收缩反映了烧结过程中样品的致密化行为. 图2给出了LSO闪烁陶瓷样品烧结过程中体系温度与试样纵向收缩量和烧结时间的关图2 样品的SPS烧结制度和纵向的收缩行为Fig. 2 Spark plasma sintering behavior and relationships be-tween displacement and sintering temperature for the samples1212无 机 材 料 学 报 第26卷系, 从图中可以看出, 当温度升高到1000℃时, 轴向压力增至50MPa, 样品发生快速收缩; 当温度高于1200℃时, 样品的收缩曲线趋向平缓, 说明在这温度区间, 起始粉体的收缩行为趋于结束. 在温度上升到1350℃后保温5min, 样品已观察不到纵向收缩行为.图3显示所得LSO 样品的相对密度与SPS 烧结温度之间的关系, 可以看出SPS 烧结温度对烧结体致密度有较大的影响, 1200℃条件下样品相对密度可达97.5%, 在1200~1350℃的温度区间内, 烧结体密度随着烧结温度的升高而逐渐增高, 1350℃条件下样品的密度最高, 达到理论密度的99.5%. 但当烧结温度高于1350℃时, 烧结体密度出现下降, Yu 等[12-13]认为这一现象是由二次晶粒长大所造成的. 与LSO 闪烁陶瓷热压烧结的条件相比, SPS 烧结大大地缩短了烧结时间, 与已有的热压烧结制备相比较, 烧结温度也降低了350℃以上[2].2.2 LSO 闪烁陶瓷的相组成和显微结构图4(a)和(b)是起始粉体和SPS 烧结获得的LSO 闪烁陶瓷的XRD 图谱, 可以看出, 单相的LSO 粉体经SPS 烧结后仍具有单一LSO 晶相, 粉体在烧结过程中相稳定性良好, 没有发生向LPS 相的转变和LSO 的分解.LSO 属于单斜晶系, 存在光学各向异性, 最大折射率差值高达0.028[14]. 当光线通过一个晶粒射向相邻晶粒时, 由于双折射现象引起光的散射, 不利于制备光学透明性优良的LSO 闪烁陶瓷, 因此制备高致密度的烧结体是获得半透明LSO 闪烁陶瓷材料的关键. 图5为经双面细磨抛光后LSO 闪烁陶瓷的实物照片, 样品厚度为1mm, 样品呈现半透明性.图3 SPS 烧结温度与所得LSO 闪烁陶瓷相对密度关系 Fig. 3 Dependence of relative density of LSO samples on sintering temperatures(with holding time of 5min)图4 LSO 原料粉体与SPS 烧结后LSO 陶瓷的XRD 图谱 Fig. 4 XRD patterns of starting LSO powder and LSO ce-ramic sintered by SPS图5 1350℃, SPS 烧结5min 所得的半透明LSO 闪烁陶瓷 Fig. 5 Translucenct LSO scintillation ceramic sintered by SPS processing at 1350 for 5min ℃图6为不同温度SPS 烧结下制备LSO 闪烁陶瓷的断口形貌(保温时间都为5min), 从图中可以看出, 在3个不同温度烧结下, 晶粒发育完善, 晶粒大小均匀, 陶瓷气孔率低, 致密性良好. 从图6(a)可以看出, 1250℃下烧结在三叉晶界及四方晶界处, 存在尺寸100nm 左右的气孔; 当烧结温度升高到1350, ℃晶粒间结合紧密, 晶界清晰可见, 气孔随着晶粒长大逐渐消失, 断口形貌显示以穿晶断裂为主; 当烧结温度升高到1400℃时, 晶粒快速长大, 导致出现烧结膨胀, 表现为晶界处的孔隙率增加, 断口形貌表现出密度略有下降.2.3 LSO 闪烁陶瓷的发光性能图7为室温下LSO 闪烁陶瓷在360nm 紫外光激发下的发射光谱. 其主发射峰表现为一个以410nm 为中心的不对称宽谱带, 这与Ce 3+离子在LSO 中存在双格位发光有关, 通常认为Ce 3+离子占据Lu 的两个不同的结晶学格位所致, 分别成为Ce1第11期林挺, 等: Ce:Lu2SiO5闪烁陶瓷的放电等离子烧结与发光性能 1213图6 不同温度烧结所得LSO陶瓷的断口形貌Fig. 6 SEM micrographs of fracture surface for LSO ceramic sintered at different temperatures(a) 1250℃; (b) 1350℃; (c) 1400℃和Ce2[15-16], 对LSO闪烁陶瓷的发光光谱进行高斯拟合, 中心位于410nm处的发射宽峰可拟合分解为402, 434和471nm三个峰. 其中402和434nm 两个位置的发射峰则是由Ce1发射产生, 471nm位置的发射峰则是~Ce2发射, 由于从激发态到2F5/2和2F7/2基态的跃迁, 表现为380~600nm之间宽带发射. LSO闪烁陶瓷在360nm紫外光的激发下, 其相对发光强度可达到LSO单晶的75%左右, 显示出良好的发光性能, 有望在某些方面代替单晶的实际应用.图7 在360nm紫外光激发下LSO闪烁陶瓷与单晶的发射光谱Fig. 7 Emission of LSO scintillation ceramic and single crystal under excitation of 360nm图8为采用单光子计数法测量得到的LSO闪烁陶瓷在360nm紫外光激发下的发光衰减曲线, 经数据拟合后可以看出, LSO闪烁陶瓷的发光衰减曲线呈现出良好的单指数形式[17], 符合关系式I(t)=I0exp[-t/τ], 闪烁陶瓷荧光寿命仅为9.67ns, 远远低于已有报道LSO单晶的紫外光激发下荧光寿命, 目前在紫外光激发条件下LSO单晶的衰减时间在27∼32ns之间[16, 18].图8 在360nm紫外光激发下LSO闪烁陶瓷的发光衰减曲线Fig. 8 Decay curve of LSO scintillation ceramic under exci-tation of 360nm3结论以溶胶−凝胶法制备的LSO粉体为原料, 采用SPS烧结技术, 实现了半透明LSO闪烁陶瓷的快速烧结制备, 获得陶瓷的相对密度可达99.5%. 在360nm紫外光激发下, 制备得到的LSO闪烁陶瓷的1214 无机材料学报第26卷相对发光强度达到同组成单晶的75%. 发光衰减曲线呈现良好的单指数衰减形式, 发光衰减时间仅为9.67ns.参考文献:[1] Lempicki A, Brecher C, Lingertat H, et al. A ceramic version ofthe LSO scintillator. IEEE.T. Nucl. Sci., 2008, 55(3): 1148−1151.[2] Wang Y, van Loef E, Rhodes W H, et al. Lu2SiO5:Ce optical ce-ramic scintillator for PET. IEEE. T. Nucl. Sci., 2009, 56(3):887−891.[3] 高濂, 宫本大树(GAO Lian, et al). 放电等离子烧结技术. 无机材料学报(Journal of Inorganic Materials), 1997, 12(2): 129−133.[4] Gao L, Hong J S, Miyamoto H, et al. Bendingstrength and micro-structure of Al2O3 ceramics densified by spark plasma sintering, J.Eur. Ceram. Soc., 2000, 20(12): 2149−2152.[5] Wang S W, Chen L D, Hirai T. Densification of Al2O3 powder us-ing spark plasma sintering. J. Mater. Res., 2000, 15(4): 982−987.[6] Chaim R, Shen Z, Nygren M. Transparent nanocrystalline MgO byrapid and low-temperature spark plasma sintering. J. Mater. Res.,2004, 19(9): 2527−2531.[7] Chaim R, Kalina M, Shen J Z. Transparent yttrium aluminum gar-net (YAG) ceramics by spark plasma sintering. J. Eur. Ceram. Soc., 2007, 27(11): 3331−3337.[8] Wang C, Zhao Z. Transparent MgAl2O4 ceramic produced byspark plasma sintering. Scripta Mater., 2009, 61(2): 193−196. [9] Anselmi-Tamburini U, Woolman J N, Munir Z A. Transparentnanometric cubic and tetragonal zirconia obtained by high pressure pulsed electric current sintering. Adv. Funct. Mater., 2007, 17(16):3267−3273. [10] Jin X, Gao L, Sun J. Highly transparent alumina spark plasma sin-tered from common grade commercial powder: the effect of pow-der treatment. J. Am. Ceram. Soc., 2010, 93(5): 1232−1236. [11] 易海兰, 蒋志君, 毛小建, 等(YI Hai-Lan, et al). 透明氧化铝陶瓷的研究新进展, 无机材料学报(Journal of Inorganic Materials), 2010, 25(8): 795−800.[12] Yu J, Shi J L, Yuan Q M, et al. Effect of composition on the sin-tering and microstructure of diphasic mullite gels. Ceram. Int., 2000, 26(3): 255−263.[13] Hong S H, Messing G L. Anisotropic grain growth in diphasic Gelderived titania doped mullite. J. Am. Ceram. Soc., 1998, 81(5): 1269−1277.[14] Anan¡eva G V, Korovkin A M, Merkulyaeva T I, et al. Growth oflanthanide oxyorthosilicate single crystals, and their structural and optical characteristics. Neorg. Mater., 1981, 17(6): 1037−1042. [15] Pidol L, Guillot-Noël O, Kahn-Harari A, et al. EPR study of Ce3+ions in lutetium silicate scintillators Lu2Si2O7 and Lu2SiO5. J. Phys.Chem. Solids, 2006, 67(4): 643−650.[16] Ren G, Qin L, Lu S, et al. Scintillation characteristics of lutetiumoxyorthosilicate (Lu2SiO5:Ce) crystals doped with cerium ions.Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A, 2004, 531(3): 560−565.[17] Brustlein S, Devaux F, Wacogne B, et al. Fluorescence lifetimeimaging on the picosecond timescale. Laser Phys., 2004, 14(2): 238−242.[18] Suzuki H, Tombrello T A, Melcher C L, et al. UV and gamma-rayexcited luminescence of cerium-doped rare-earth oxyorthosilicates.Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A, 1992, 320(1/2): 263−272.。
溶胶_凝胶法制备纳米级硅酸镥粉体的发光性能_谢建军
溶胶–凝胶法制备纳米级硅酸镥粉体的发光性能谢建军1，林挺1，施鹰1，宋国新2，吴卫平3(1. 上海大学材料科学与工程学院电子信息材料系，上海 200072；2. 上海复旦大学分析测试中心，上海 200433；3. 上海兴博窿精细化工有限公司，上海 200040)摘要：采用溶胶–凝胶法制备了Lu2SiO5:Ce粉体。
基于X射线衍射、透射电镜、紫外–可见激发发射、X射线激发发射和荧光衰减时间的测试，研究了溶胶–凝胶法制备的纳米Lu2SiO5:Ce粉体的物相结构和发光性能。
结果表明：在1000℃煅烧2h得到粒径约为40nm的纯Lu2SiO5:Ce粉体；其激发谱中的最强激发峰在360nm处，发射谱中在398～407nm范围有以407nm为中心的宽发射峰，归因为Ce3+的4f–5d间的电子跃迁。
在X 射线激发下Lu2SiO5:Ce粉体的发光表现出二级发光衰减行为，衰减时间分别为τ1=10.98ns和τ2=39.32ns，相应的发光强度比例分别为73.38%和21.29%。
关键词：硅酸镥；纳米粉体；荧光发光；衰减时间中图分类号：O734 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2010)10–1931–06LUMINESCENCE PROPERTIES OF NANO-SIZED Lu2SiO5:Ce PHOSPHORS PREPARED BYSOL–GEL METHODXIE Jianjun1，LIN Ting1，SHI Ying1，SONG Guoxin2，WU Weiping3(1. Department of Electronics and Information Materials, School of Materials Science and Engineering, Shanghai University,Shanghai 200072; 2. Analysis and Test Center, Shanghai Fudan University, Shanghai 200433; 3. Shanghai XingboLong Fine Chemical Co., Ltd., Shanghai 200040, China)Abstract: Cerium-doped lutetium silicate (Lu2SiO5:Ce) powder was prepared by the sol–gel method. Based on the measurements of X-ray diffraction, transmission electron microscopy, photoluminescence, X-ray excitated emission and luminescence decay time, the phase structure and luminescence properties of the nano-scale Lu2SiO5:Ce powder were investigated. The results show that the pure crystalline Lu2SiO5:Ce with uniform size of about 40nm is obtained after calcined at 1000 for 2℃h. The strongest excitation peak of Lu2SiO5:Ce powder locates at 360nm in excitation spectra, and a broad emission peak with a centric wavelength of 407nm is located at around 398–407nm in the emission spectra excitated by 360nm, which corresponds to the typical 4f–5d electronic transitions of Ce3+. The X-ray excitated emission spectra exhibit that the Lu2SiO5:Ce powder has short decay luminescent behaviors, and the two fitted decay time τ1 and τ2 reach 10.98 and 39.32ns, which account for the luminescence intensity of 73.38% and 21.29%, respectively.Key words: lutetium oxyorthosilicate; nanometer powder; fluorescence; decay timeCe3+掺杂的无机闪烁材料，如：LuAlO3:Ce，Lu3Al5O12:Ce，Lu2SiO5:Ce(LSO)，Lu2SiO7:Ce和Gd2SiO5:Ce等材料，由于在可见光区域有较高的光输出和20～100ns的快速衰减时间(Ce3+的5d–4f允许跃迁引起的)等优良的闪烁性能，是近几年备受关注的几种很有前景的新型闪烁材料。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
ＬＯ： ｅ Ｓ Ｃ 晶体中存在一些易俘获 电子 的缺 陷 ， 很大程度
上影 响着晶体 的闪烁性能 。改变样品制备 的环境 气氛或进 行 离 子共掺杂 ，可 以有效 地探 索 这些 缺 陷 的种类 和 浓度 等 情 况 ［ ］ 热 释光 谱的研究结果表明 ， １ 。 ” 室温 与 ６０Ｋ之间存在 ０ ３５ ４ ２ ８ ７ ， ３ ，４８和 ５ ８ ９ Ｋ等 四个主要热释光峰［ １ ７ 。３ ５Ｋ附近 的热释峰 是氧空 位所致 ，此缺 陷是 造成 Ｌ Ｏ ：Ｃ Ｓ ｅ余辉 的主
线， 一０ １ ４ｎ ． ５ ｍ，电压 和电流分 别为 ４ Ｖ 和 １０ｍＡ） Ｏｋ ０ 测 得 。采用 Ｐ ｒ ｉ Ｅｍｅ Ｓ５ ｅｋｎ ｌ ｒ －５型荧光／ 光／ 光分光光 度仪 Ｌ 磷 发 测量 了样 品 的 激 发 和 发 射 谱 。使 用 北 京 核 仪 器 厂 生 产 的 Ｆ ４ ７ 型微机热释光剂量计来测量样 品的热释光谱 ，升温 Ｊ ２ Ａ１ 速率为 ２℃ ・ ， Ｓ 测量 前样 品经过 ８ Ｖ和 ６ｍＡ 的 Ｘ射 Ｏｋ
注［ 。Ｌ Ｏ ： ｅ闪烁 晶体探测 器将在 核 医学 成像 、油井 钻 ２ ］ Ｓ Ｃ
去离子水以 体积 比 ４：１混 合 ，在 其 中加 入 适 量纯 度 均 为
９ ． ９ 的 Ｌ （ ３３・６ Ｏ和 Ｃ （ ９ ９ ｕ ＮＯ ） Ｈ２ ｅＮＯ３。・ Ｈ２ 分析纯 ） ６ Ｏ， 正硅酸 四 乙酯 （ ｉ （ ｚ ） ，ＴＥ ） Ｓ （） Ｃ Ｈｓ ＯＳ ，摩 尔 比为 Ｌ 抖 ： ｕ Ｓ什 ： ｅ ｉ Ｃ 什一２： ０ ０ ６ １： ． ０ 。所配溶 液在室温 下静置 ２ ４ｈ后 蒸干 ， 并将蒸 干后 的粉末放入 马弗炉 中烧 结。弱还 原气氛 由 石墨提供 ，以 ２℃ ・ ｎ 速率升 温至 １２０℃并保 温 ６ｈ ｍｉ ０ ， 然后 自然 降 到 室 温 ，将 样 品 取 出研 磨 。Ｋ 共 掺 杂 的 样 品
Ｌ ２ｉ ｕＳＯ５： Ｃｅ荧光 粉 的 热释 光特 性 研 究
吴 飞 ， 刘小林 ， 顾 牡 ， 倪 晨 ， 黄世 明， 波 刘
同济大学物理系 ， 上海市特殊人工微结构材料与技术重点实验室，ｊ海 ２ ０ ９ 二 ００２
摘
要
采用溶胶 凝胶 （ ｏ— ｅ） Ｓ ｌ １技术 ，分别 在空气 中和石 墨提供 的弱还 原气氛 下制备 出 Ｌ ｚ ｉ ｓ： ｅ Ｇ ｕＳＯ Ｃ ｏ
第３ 卷， ２ ２ 第 期
２０１２ 年 ２月
光
谱
学
与
光
谱
分
析
Ｓ ｅ ｔ ｏ ｃ ｐ ｎ ｐ ｃ ｒ ｌＡｎ ｌ ｓｓ ｐ ｃ ｒ ｓ ｏ ｙ ａ ｄ Ｓ ｅ ｔａ ａ ｙ ｉ
Ｖｏ ． ２ Ｎｏ ２ ｐ ４ １４ ４ １３ ， ． ，ｐ １— １ Ｆ ｂｕ ｒ ｅ ｒ ａ ｙ，２ １ ０２
线 照 射 ２ 。 ＯＳ
ＬＯ： ｅ Ｓ Ｃ 中的缺 陷状 态 ，提高 了它 的发 光性 能ｌ １
见报道 。
。然 而
对于光谱 中另外三个相对较弱 的热释光峰产生原因 目前还未 本工作采用溶胶一 凝胶技术 ，在空气 、石墨提供的弱还原 气氛 ，以及 Ｋ 为共掺杂离子等情况下制备 出 Ｌ Ｏ ： ｅ Ｓ Ｃ 荧光
荧光粉 。通过分析样品的结构 ，光致 激发 、 发射谱 和热 释光谱等 特性 ， 发现弱还原气氛下制备 的样 品不仅光
致发光 强度 比空气中的强 ， 而且热释光 曲线 中 ５ ８Ｋ 处 的高 温热释 光峰也 得到 了抑 制 。 一步考察 空气 中 ９ 进
制备 的 Ｌ ｉ ： ｅ ｘ ｚ ． １ ．８ 荧 光粉 ， 果表明就光致发 光和热释光特性而 言，Ｋ ｕＳＯ Ｃ 。，Ｋ （ 一０ ０ ｎ０ ０ ） 结 共掺杂 具有与还原气氛类似 的作 用 。 综合 以上两方 面分 析结果 ， 可认 为 ５ ８Ｋ处热 释光峰是 由与 Ｃ ４ ９ ｅ 相关 的缺 陷 引起 的 ， 并对 Ｋ。 。 共掺 杂 Ｌ Ｏ ： ｅ Ｓ Ｃ 发光增强的原因给 出了合理解释 。 关 键词 Ｌ ｉ５： ｅ ｕｓ０ ｃ 荧光粉 ；Ｋ一 。共掺杂 ；光致 发光 ； 热释光谱 ；Ｃ 抖缺 陷 ｅ
Ｌ ２ｉ ｕＳ０５： ｅ０ ， ｘ ｚ ． １ ． ８ 同 样 按 照 上 述 过 程 制 Ｃ ｏ０ Ｋ （ 一０ Ｏ ～Ｏ ０ ） ６
Hale Waihona Puke 探 、高能 物理 、核物 理 、安全检查 、环境检查 等诸 多领域 得
到广 泛应 用 。 为此 ， 人们对此 晶体 的闪烁性 能及发 光机理 展
开 了许 多研究 ，并通 过离 子掺杂 等手段 改善 了其 闪烁 性
谱等， 较为详细地研究 了 ５８Ｋ处热释光峰产 生的原 因。 ９
１ 实验部分
采用溶胶一 凝胶法制备 Ｌ Ｏ ： ｅ Ｓ Ｃ 荧光 粉。将无 水乙醇 和
快衰减 （０ｎ ） ４ ｓ 、高抗辐 照硬 度等优点ｒ ， １ 被认 为是 综合性 能 ］ 最 为 优 异 的 闪 烁 晶体 之 一 ，引 起 了 国 际 社 会 的 极 大 关
要 原 因 ［。 １ 。Ｍｅｃｅ 研 究 小 组 通 过 Ｃ 共 掺 杂 方 式 改 变 ｌｈｒ ａ。 。
备， Ｋ源 由纯度 为 ９ ． ９ 的 ＫＮＯ ９ ９ 。提供 ， 干凝 胶直接 在 将 空气 中烧结 ， 烧结 程序 同上 。 样品结构用 Ｒｉ ｋ ／ ｘ２ ５ ｇ ｕＤ ｍａ－５ ０Ｘ射线衍射仪（ ａ 铜靶 Ｋａ
文献标识码 ： Ａ Ｄ ：１ ． ９４ ｊｉ ｎ １０ —５ ３ ２ １ ）２０ １ ４ ＯＩ ０ ３ ６ ／．ｓ ． ０ ００ ９ （０ ２ ０—４ 卜０ ｓ
中 图 分 类 号 ： ８ ． ０４ ２ ３
粉， 通过分析它们 的结 构 、 光致 激发 和发射谱 ，以及 热释光
引 言
掺铈 硅酸镥（ ｕＳＯ Ｃ ， Ｓ） Ｃ ） Ｌ ｉ ： ｅ Ｌ Ｋ ： ｅ 因其高光产 额 （０ ３ ０ ０ｐ ｏｏ Ｍｅ ） ０ ｈ ｔｓ・ ｖ 、高密度 （ ． ｃ ７ ４ｇ・ ｍ ） 、高 原子序 数 、