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超强激光科学卓越创新简报

(第二百六十八期)

2022年5月7日

上海光机所在探究Al3+对Mn2+掺杂高硅玻璃光致发光和辐致发光性能的影响方面取得进展

  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Mn2+掺杂高硅玻璃光致发光和辐致发光性能,相关研究成果以“Effect of Al3+ on the Photoluminescence and Radioluminescence Properties of Mn2+-Doped High Silica Glass”为题发表于Ceramic International《国际陶瓷》。

  Al3+常作为共掺剂调节稀土离子的团簇,提高稀土离子在硅酸盐玻璃中的发光效率,是荧光硅酸盐玻璃不可或缺的一部分。与稀土离子Eu2+相类似,过渡金属离子Mn2+缺乏最外层电子屏蔽,对环境变化十分敏感,场强的微小变动会带来发光的显著改变。而Mn2+的离子半径远小于Eu2+的离子半径,与Al3+离子半径接近。因此,Mn2+研究Al3+对高硅玻璃中Mn2+荧光光谱的影响很有必要。

  研究团队利用分相法和烧结法,制备了Mn2+/Al3+、Eu2+/Mn2+共掺以及Eu2+/Mn2+/Al3+三掺的高硅氧玻璃,测试发现Al3+起到以下作用:一是通过物理集群分散效应,缓解Mn2+的团聚程度,从而提高稀土离子的发光效率;二是它拓宽了Mn2+的激发光谱,并导致荧光中心红移,有潜力成为照明、显示和其他应用的高效WLED玻璃;三是对Al3+的作用有了更新的认识,即Al3+以[AlO4/2]-1四面体的形式减少了NBO的相对数量,这可以有效地提高光致发光和辐射发光效率。玻璃中的NBO是高能辐射引起的电子空穴的复合中心,是决定辐射发光效率的关键因素。在此基础上,我们完善了氧化物玻璃中辐射发光光子数的计算公式。玻璃的简单组成和特殊结构有利于清楚地研究各种活性离子对发光的影响,而高硅氧玻璃正是探索各种发光活性离子行为的优良基质材料。

  相关研究得到了国家自然科学基金的支持。

  原文链接

图1 (a)Eu2+/Mn2+共掺高硅氧玻璃中Eu2+、Mn2+原子的近邻环境;(b) Eu2+/Mn2+/Al3+三掺高硅氧玻璃中原子的近邻环境;

(c)Eu2+/Mn2+共掺高硅氧玻璃的荧光发光原理图;(d) Eu2+/Mn2+/Al3+三掺高硅氧玻璃的荧光发光原理图

图2 非桥氧对高硅氧玻璃闪烁发光的影响

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