超强激光科学卓越创新简报

(第四百九十期)

2024年3月18日

上海光机所在氟氧硼酸盐玻璃中二价铕发光性能研究中取得进展

近日，中国科学院上海光学精密机械研究所先进激光与光电功能材料部通过电子顺磁共振技术（EPR）探究了钡硼酸盐玻璃中Eu²⁺发光光谱变化的机理，相关研究成果以“Electron paramagnetic resonance and luminescence properties of Eu²⁺ in oxyfluoride barium borate glasses”为题，发表于Ceramics International。

碱金属硼酸盐玻璃具有较高的透明性和良好的稀土溶解度,常被用作稀土离子的发光基质玻璃。Eu²⁺是常见的稀土发光离子，通常作为激活离子掺杂于玻璃和荧光粉等基质材料中。Eu²⁺外层的5d能级容易受到外界环境的影响产生能级分裂，导致其5d-4f跃迁的发光波长产生移动。因此，Eu²⁺可以根据基质材料的不同发出从紫色到红色的各种光，这使得Eu²⁺掺杂材料的用途十分广泛。

Eu²⁺的电子顺磁共振谱（EPR）特征为“U”形谱，因此EPR可以用于检测Eu²⁺的存在以及Eu²⁺周围配位场环境。本研究通过对钡硼酸盐玻璃样品中Eu²⁺特征EPR信号峰的变化进行研究，分析了玻璃组分对Eu²⁺周围配位场强的影响。

通过在CO气氛下制备Eu²⁺掺杂的钡硼酸盐玻璃，并对Eu²⁺荧光光谱变化机理进行研究。研究结果发现玻璃中钡含量的增加导致Eu²⁺离子周围配位场强度增强，Eu²⁺的5d能级分裂程度增大，引起发射光谱的红移。而玻璃中氟的引入会引起Eu²⁺离子周围配位场强度的减弱，起到抑制发射光谱红移的作用。同时，研究发现Eu²⁺浓度的增加也会引起发射光谱红移，这归因于5d能级的电子云膨胀效应，导致5d能级中心下移。本研究系统的解释了两种引起Eu²⁺发光波长变化的机理，并发现氟离子可为发光中心提供低场强的近邻配位环境，基于此研究可以指导Eu²⁺掺杂玻璃、荧光粉等材料发光颜色的调节。

相关研究得到了国家自然科学基金的支持。

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图1（a）BO_xE₁₀和（b）BF_xE₁₀玻璃样品发射光谱红移原理图

图2 BO₂₀E_y和 BF₂₀E_y玻璃样品发射光谱红移原理图