超強激光科學卓越創(chuàng)新簡報

(第四百九十期)

2024年3月18日

上海光機所在氟氧硼酸鹽玻璃中二價銪發(fā)光性能研究中取得進展

近日，中國科學院上海光學精密機械研究所先進激光與光電功能材料部通過電子順磁共振技術（EPR）探究了鋇硼酸鹽玻璃中Eu²⁺發(fā)光光譜變化的機理，相關研究成果以“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能級容易受到外界環(huán)境的影響產(chǎn)生能級分裂，導致其5d-4f躍遷的發(fā)光波長產(chǎn)生移動。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Eu²⁺的存在以及Eu²⁺周圍配位場環(huán)境。本研究通過對鋇硼酸鹽玻璃樣品中Eu²⁺特征EPR信號峰的變化進行研究，分析了玻璃組分對Eu²⁺周圍配位場強的影響。

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

相關研究得到了國家自然科學基金的支持。

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