超強(qiáng)激光科學(xué)卓越創(chuàng)新簡(jiǎn)報(bào)

(第四百九十期)

2024年3月18日

上海光機(jī)所在氟氧硼酸鹽玻璃中二價(jià)銪發(fā)光性能研究中取得進(jìn)展

近日，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所先進(jìn)激光與光電功能材料部通過(guò)電子順磁共振技術(shù)（EPR）探究了鋇硼酸鹽玻璃中Eu²⁺發(fā)光光譜變化的機(jī)理，相關(guān)研究成果以“Electron paramagnetic resonance and luminescence properties of Eu²⁺ in oxyfluoride barium borate glasses”為題，發(fā)表于Ceramics?International。

堿金屬硼酸鹽玻璃具有較高的透明性和良好的稀土溶解度,常被用作稀土離子的發(fā)光基質(zhì)玻璃。Eu²⁺是常見(jiàn)的稀土發(fā)光離子，通常作為激活離子摻雜于玻璃和熒光粉等基質(zhì)材料中。Eu²⁺外層的5d能級(jí)容易受到外界環(huán)境的影響產(chǎn)生能級(jí)分裂，導(dǎo)致其5d-4f躍遷的發(fā)光波長(zhǎng)產(chǎn)生移動(dòng)。因此，Eu²⁺可以根據(jù)基質(zhì)材料的不同發(fā)出從紫色到紅色的各種光，這使得Eu²⁺摻雜材料的用途十分廣泛。

Eu²⁺的電子順磁共振譜（EPR）特征為“U”形譜，因此EPR可以用于檢測(cè)Eu²⁺的存在以及Eu²⁺周圍配位場(chǎng)環(huán)境。本研究通過(guò)對(duì)鋇硼酸鹽玻璃樣品中Eu²⁺特征EPR信號(hào)峰的變化進(jìn)行研究，分析了玻璃組分對(duì)Eu²⁺周圍配位場(chǎng)強(qiáng)的影響。

通過(guò)在CO氣氛下制備Eu²⁺摻雜的鋇硼酸鹽玻璃，并對(duì)Eu²⁺熒光光譜變化機(jī)理進(jìn)行研究。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)玻璃中鋇含量的增加導(dǎo)致Eu²⁺離子周圍配位場(chǎng)強(qiáng)度增強(qiáng)，Eu²⁺的5d能級(jí)分裂程度增大，引起發(fā)射光譜的紅移。而玻璃中氟的引入會(huì)引起Eu²⁺離子周圍配位場(chǎng)強(qiáng)度的減弱，起到抑制發(fā)射光譜紅移的作用。同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)Eu²⁺濃度的增加也會(huì)引起發(fā)射光譜紅移，這歸因于5d能級(jí)的電子云膨脹效應(yīng)，導(dǎo)致5d能級(jí)中心下移。本研究系統(tǒng)的解釋了兩種引起Eu²⁺發(fā)光波長(zhǎng)變化的機(jī)理，并發(fā)現(xiàn)氟離子可為發(fā)光中心提供低場(chǎng)強(qiáng)的近鄰配位環(huán)境，基于此研究可以指導(dǎo)Eu²⁺摻雜玻璃、熒光粉等材料發(fā)光顏色的調(diào)節(jié)。

相關(guān)研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金的支持。

原文鏈接

圖1（a）BO_xE₁₀和（b）BF_xE₁₀玻璃樣品發(fā)射光譜紅移原理圖

圖2 BO₂₀E_y和 BF₂₀E_y玻璃樣品發(fā)射光譜紅移原理圖