超强激光科学卓越创新简报
(第二百零一期)
2021年6月17日
上海光机所在探究Al3+对Eu2+和Tb3+掺杂高硅氧玻璃的光谱性能和能量传递方面取得进展
近日，中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光单元技术实验室探究了Al3+对Eu2+和Tb3+掺杂高硅氧玻璃的光谱性能和能量传递的影响，相关研究成果正式发表于《国际陶瓷》(Ceramic International)。
Al3+一直是被认为是稀土离子的分散剂，然而Al3+对稀土离子的影响可能不仅是有分散效应，由于稀土离子的发光大都是f-f跃迁，而内层的f电子对近邻环境的变化不敏感，其它一些效应体现不出来，而d-f跃迁的d电子容易受到基质材料的影响。研究Al3+对d-f跃迁的荧光的影响，一方面可以放大了解Al3+的作用，包括它对稀土离子周围场强以及能量传递的影响；另一方面，高硅氧玻璃中可以实现Eu2+→Tb3+的能量传递，使得Tb3+的激发峰红移由远紫外至近紫外附近，有潜力成为绿色发光荧光粉。
研究团队用纳米多孔玻璃和烧结法制备了Eu2+/Al3+、Eu2+/Tb3+共掺以及Eu2+/Tb3+/Al3+三掺的高硅氧玻璃，光谱结果表明Al3+的加入使得Eu2+掺杂玻璃的发光强度增强接近400倍；Eu2+和Tb3+共掺的高硅氧玻璃中存在着明显的Eu2+→Tb3+的能量传递，能量传递效率可达66.9%，但Al3+的加入使传递效率不断下降，最终可下降到7.2%。这些现象的出现被解释为Al3+不仅能分散Eu2+，还改变了其周围的场强和对称性，提高其荧光强度；同时，该分散作用破坏了Eu2+→Tb3+能量传递现象所依赖的高硅氧玻璃中的强偶极-偶极相互作用，抑制了Eu2+→Tb3+的能量传递。这反映了微量的Al3+可极大地修饰d-f跃迁发光的Eu2+离子近邻环境，改变其发光特性，从而可以得到高效的近紫外激发wLED的蓝色荧光粉和绿色荧光粉。
相关研究得到了国家自然科学基金的支持。
图1 制备流程图
图2 (a)Eu2+/Tb3+共掺高硅氧玻璃在320nm下的发射光谱；
(b) Eu2+/Tb3+/Al3+三掺高硅氧玻璃在320nm下的发射光谱；
(c)Eu2+/Tb3+共掺高硅氧玻璃在452nm下的荧光衰减寿命；
(d) Eu2+/Tb3+/Al3+三掺高硅氧玻璃在452nm下的荧光衰减寿命
