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稀土掺杂含氧酸盐荧光材料的制备及真空紫外—紫外光谱研究

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稀土掺杂含氧酸盐荧光材料的制备及真空紫外—紫外光谱研究

作者：李光旻天津理工大学

学位级别：硕士

由于PDP(Plasma Display Panel等离子体显示)平板显示技术的快速发展, PDP中的荧光粉的研究引起了广大科技工作者的兴趣。稀土掺杂的荧光材料的发光性能,与稀土离子在真空紫外-紫外波段区的基质吸收带、电荷迁移带、4f-5d跃迁带或更高... 详细信息

由于PDP(Plasma Display Panel等离子体显示)平板显示技术的快速发展, PDP中的荧光粉的研究引起了广大科技工作者的兴趣。稀土掺杂的荧光材料的发光性能,与稀土离子在真空紫外-紫外波段区的基质吸收带、电荷迁移带、4f-5d跃迁带或更高组态跃迁以及4f-4f跃迁的跃迁关系密切。本论文主要通过考察了稀土离子在硼酸盐,铝酸盐基质中的紫外-真空紫外区的光谱特性,获得该体系不同跃迁光谱带的内在关系,并对制备工艺进行了探讨。本文的研究得到了以下创新点: 利用高温固相法,制备获得了Eu离子激活的稀土硼酸盐的VUV荧光材料;通过对BaZr(BO): Eu的真空紫外及紫外激发-发射光谱的研究,我们发现了BaZr(BO)材料在真空紫外区有较强的基质吸收,表明在BaZr(BO)材料中基质与发光中心Eu之间有较强的能量传递;指认了BaZr(BO): Eu激发光谱中各激发峰的来源。本文研究了发光强度与掺杂浓度的关系,当Eu掺杂浓度为3%mol时光谱强度最高。经分析认为在BaZr(BO):Eu中引起Eu发光浓度猝灭的原因是交换相互作用。研究了Al,Si离子掺杂对于BaZr(BO): Eu电荷迁移态,红橙比,激发-发射光谱的影响。随着Al掺杂,发光强度产生很大的增强,电荷迁移态的位置发生红移的现象。当AlO掺杂达到30%时,生成物的发光强度与红橙比达到了最大。对于发光强度的增强研究认为AlO起到了电荷补偿的作用;对于电荷迁移态的红移我们认为是由于取代而导致的两个自由电子的产生以及波函数耦合的减少。随着SiO掺杂,发光强度产生很大的增强,电荷迁移态的位置发生先红移后蓝移的现象,同时实验结果表明当SiO掺杂达到20%时,生成物的发光强度与红橙比也达到了最大。对于电荷迁移态的先红移后蓝移我们认为由于两种取代的竞争导致的。研究得出结论:样品的色纯度和电荷迁移态的强度的变化趋势是相同的,与电荷迁移态的能量无关。本文同时研究了Pr离子掺杂对于BaZr(BO): Eu光谱性能的影响,指认并确定了在BaZr(BO)基质中Pr离子的4f5d能级位于1S0能级之下。发现Pr掺杂可以同样提高BaZr(BO): Eu的红橙比,认为是由于光谱的叠加作用而导致的。采用喷雾热解法的合成工艺制备获得CaAlO:Eu,BaMgAl10O17: Eu,对于荧光粉样品形貌(SEM),物相结构(XRD),以及在真空紫外和紫外-可见激发下的发光性能进行了研究。对灼烧温度和表面活性剂(CTAB)对于BaMgAl10O17: Eu荧光粉的光谱性能和表面形貌的影响进行了分析:结果认为灼烧温度增加有助于荧光材料晶相的纯化。加入表面活性剂(CTAB)之后,荧光粉样品的颗粒形貌由不规则变为近似中空球形。认为加入表面活性剂(CTAB)使得表面张力降低,从而使得荧光粉样品更加容易形成球形;另一方面在高温下,表面活性剂(CTAB)的挥发使得产物为中空的近似球形。对于荧光粉CaAlO:Eu样品中的Eu浓度猝灭机理,认为是共振传递中的相互交换作用导致了浓度猝灭,并确定了最佳的Eu掺杂浓度为1%。对于固相合成和喷雾热解法两种方法制备出的样品进行了比较,确定了喷雾热解的制备方法可以使得组分混合的均匀从而导致样品对激发光有更加充分的吸收。

关键词： PDP 真空紫外荧光材料硼酸盐铝酸盐电荷迁移态喷雾热解法

多量子阱超辐射发光二极管(SLD)热分布计算

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发光学报 2005年第5期26卷 607-610页

作者：李岚傅丽伟张纳陶怡李光旻天津理工大学材料物理研究所 4th Physical Institute University of Stuttgart D-70550 Stuttgart Germany

对由8个量子阱所组成的条形超辐射发光二极管(Superlum inescent d iode,SLD)进行了热分析,计算了不同器件结构下的热阻和温度分布。计算结果表明,热阻变化受芯片宽度和长度的影响较大,可以达到两个数量级;当注入功率达到1 W时,有源区... 详细信息

对由8个量子阱所组成的条形超辐射发光二极管(Superlum inescent d iode,SLD)进行了热分析,计算了不同器件结构下的热阻和温度分布。计算结果表明,热阻变化受芯片宽度和长度的影响较大,可以达到两个数量级;当注入功率达到1 W时,有源区的温度将接近50 K。该分析对有效地设计芯片的结构,减少温度升高对SLD稳定性的影响具有指导意义。

关键词：超辐射发光二极管热阻分布有源区

双8-羟基喹啉锂及其衍生物电子光谱性质的理论研究

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南开大学学报（自然科学版） 2011年第3期44卷 66-71页

作者：田维郭巧杭李光旻梁春恬天津城市建设学院基础学科部天津300384 福州大学材料科学与工程学院福建福州350108 福建工程学院数理系福建福州350108

在三种不同桥键相连的双8-羟基喹啉分子结构的基础上,设计出三种双8-羟基喹啉锂,用DFT/B3L YP对其进行结构优化,得到稳定的基态结构,然后用POP方法分析其前线分子轨道,用CIS方法计算得到其激发态结构,最后用TD-DFT方法,在基态结构的基... 详细信息

在三种不同桥键相连的双8-羟基喹啉分子结构的基础上,设计出三种双8-羟基喹啉锂,用DFT/B3L YP对其进行结构优化,得到稳定的基态结构,然后用POP方法分析其前线分子轨道,用CIS方法计算得到其激发态结构,最后用TD-DFT方法,在基态结构的基础上计算吸收光谱,在激发态结构的基础上计算发射光谱.计算结果表明偶氮键(N_2)相连的双8-羟基喹啉锂的电子光谱有很强的吸收峰和发射峰,有望成为一种性能优良的蓝光材料.甲基(CH_2)相连的双8-羟基喹啉锂的电子光谱有两个较强的发射峰,有望成为一种白光材料.

关键词：双8-羟基喹啉锂电子光谱前线分子轨道含时密度泛函理论

Si^(4＋)掺杂对BaZr(BO_3)_2：Eu荧光粉能量传递的影响

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光电子．激光 2010年第12期21卷 1809-1812页

作者：张忠朋李光旻张晓松徐生艳马玢王兰芳李岚天津理工大学材料物理研究所显示材料与光电器件教育部重点实验室天津市光电显示材料与器件重点实验室天津300191 天津城市建设学院基础部天津300384 南开大学物理学院天津300071 天津理工大学电信学院天津市薄膜电子与器件重点实验室天津300191

采用高温固相法合成了Si4+掺杂的BaZr(BO3)2:Eu红色发光荧光粉。激发光谱表明,不同Si4+掺杂浓度明显使电荷迁移态(CTS)向高能量的位置移动,且改善了样品的发光强度。分析认为,这是由于Si4+的电负性大于所取代的Zr4+,且Si4+的进入影响了E... 详细信息

采用高温固相法合成了Si4+掺杂的BaZr(BO3)2:Eu红色发光荧光粉。激发光谱表明,不同Si4+掺杂浓度明显使电荷迁移态(CTS)向高能量的位置移动,且改善了样品的发光强度。分析认为,这是由于Si4+的电负性大于所取代的Zr4+,且Si4+的进入影响了Eu3+的配位数,提高了CTS向发光中心的能量传递几率。依据Judd-Ofelt理论计算的强度参数表明,随着Si4+掺杂浓度的增加,Eu3+所处格位的对称性明显降低,增大了Eu3+的跃迁几率,从而改善了发光强度。计算Eu3+间的能量传递几率发现,在掺杂浓度为5%时,Eu3+间的能量传递几率很小,其对荧光粉的发光影响不大。

关键词： BaZr(BO3)2:Eu荧光粉电荷迁移态(CTS) 强度参数能量传递

预制层溅射气压对CIGS薄膜结构及器件的影响

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发光学报 2015年第2期36卷 192-199页

作者：李光旻刘玮林舒平李晓东周志强何青张毅刘芳芳孙云南开大学电子信息与光学工程学院光电子薄膜与器件研究所天津300071 天津城建大学理学院应用物理系天津300084

研究了金属预制层制备过程中溅射气压对Cu(In1-xGax)Se2(CIGS)薄膜及电池器件性能的影响。通过调节溅射气压改变预制层的结晶状态及疏松度与粗糙度,在合适的预制层结构下,活性硒化热处理过程中,可使Ga有效地掺入到薄膜中形成优质的CIGS... 详细信息

研究了金属预制层制备过程中溅射气压对Cu(In1-xGax)Se2(CIGS)薄膜及电池器件性能的影响。通过调节溅射气压改变预制层的结晶状态及疏松度与粗糙度,在合适的预制层结构下,活性硒化热处理过程中,可使Ga有效地掺入到薄膜中形成优质的CIGS固溶体。高溅射气压会使预制层过于致密,呈现非晶态趋势。经活性硒化热处理后,CIGS薄膜容易产生CIS与CGS"两相分离"现象,从而导致CIGS薄膜太阳电池的开路电压和填充因子降低,电池转换效率由10.03%降低到5.02%。

关键词：溅射气压粗糙度 CIGS固溶体

热裂解活化硒对CIGS太阳电池开路电压的影响

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发光学报 2015年第11期36卷 1289-1293页

作者：李光旻刘玮林舒平李晓东周志强何青张毅刘芳芳孙云天津城建大学理学院应用物理系天津300084 南开大学电子信息与光学工程学院光电子薄膜与器件研究所天津300071

考察了通过自主研发的高温热裂解辅助硒化装置所产生的高活性硒对CIGS薄膜结构和器件性能的影响。通过调节高温裂解系统的温度可以有效调节不同的硒活性。研究发现,第一台阶HC-Se气氛可以提高CIGS薄膜表面的Ga含量,使得CIGS薄膜内的Ga... 详细信息

考察了通过自主研发的高温热裂解辅助硒化装置所产生的高活性硒对CIGS薄膜结构和器件性能的影响。通过调节高温裂解系统的温度可以有效调节不同的硒活性。研究发现,第一台阶HC-Se气氛可以提高CIGS薄膜表面的Ga含量,使得CIGS薄膜内的Ga分布更加平缓,进而提高CIGS薄膜表面禁带宽度。而且HC-Se气氛可以消除CIGS"两相分离"现象。两种因素的共同作用使得CIGS薄膜太阳电池的开路电压提高了34.6%。电池转换效率从6.02%提升至8.76%,增长了45.5%。

关键词： CIGS 热裂解活化硒开路电压

CdTe和CdTe/CdS量子点与叶酸分子荧光相互作用

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发光学报 2021年第12期42卷 1944-1950页

作者：李光旻刘淏洋杨洋刘洪飞费学宁刘伟天津城建大学理学院天津300384 中企众鑫(天津)工业设计有限公司天津300384

制备了水溶性半胱氨酸修饰的CdTe和CdTe/CdS核壳结构量子点,实现了对叶酸分子的特异性荧光标记,可作为具有应用潜力的叶酸浓度快速测定荧光探针。实验结果表明,叶酸分子可以使CdTe量子点发生明显的荧光猝灭,而在CdTe/CdS核壳结构量子点... 详细信息

制备了水溶性半胱氨酸修饰的CdTe和CdTe/CdS核壳结构量子点,实现了对叶酸分子的特异性荧光标记,可作为具有应用潜力的叶酸浓度快速测定荧光探针。实验结果表明,叶酸分子可以使CdTe量子点发生明显的荧光猝灭,而在CdTe/CdS核壳结构量子点中,没有观察到这种猝灭行为。本文采用Stern-Volmer方程对荧光猝灭机制进行了分析,研究表明该猝灭机制是静态荧光猝灭。CdTe量子点在与叶酸分子作用过程中,荧光光谱发射峰发生了约35 nm的蓝移,热力学计算表明,量子点可能与叶酸分子通过静电作用形成了络合结构。

关键词：荧光量子点叶酸猝灭 CdTe CdTe/CdS核壳结构

真空紫外光激发下GdPO_4:RE^(3+)荧光材料的能量传递过程

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中国科学（E辑） 2006年第11期36卷 1313-1319页

作者：李岚李光旻王达健陶怡张晓松天津理工大学材料物理所天津市光电显示材料与器件重点实验室天津300191

采用高温固相合成法制备获得了GdPO4:RE3+(RE=Tb,Tm)多晶粉末,分析了基质与发光中心之间(Gd3+→Tb3+和Tm3+→Gd3+)的能量传递过程.由真空紫外区的发光光谱的分析,认为在GdPO4:Tm3+中,属于Tm3+离子电荷迁移态的180nm的强的吸收峰对Gd3+的... 详细信息

采用高温固相合成法制备获得了GdPO4:RE3+(RE=Tb,Tm)多晶粉末,分析了基质与发光中心之间(Gd3+→Tb3+和Tm3+→Gd3+)的能量传递过程.由真空紫外区的发光光谱的分析,认为在GdPO4:Tm3+中,属于Tm3+离子电荷迁移态的180nm的强的吸收峰对Gd3+的313nm的发射起到了增强的作用;而GdPO4:Tb3+中则为处于高激发态(6DJ和6IJ)的Gd3+离子通过多次的弛豫过程和晶格传递,使Tb离子产生5DJ→7FJ的发射.

关键词：真空紫外(VUV) GdPO4:RE^3+ 能量传递

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荧光成像及手性特异性生物识别

光谱学与光谱分析 2021年第12期41卷 3802-3807页

作者：费学宁郑元杰谷迎春李光旻赵洪宾张宝莲天津城建大学理学院天津300384

癌症是威胁人类健康的重大疾病之一,实现早查早治是降低癌症死亡率的重要手段。目前在癌症的众多识别方式中,荧光检测凭借无创伤、检测快和可视化等优点受到了持续关注。文章对荧光探针靶向识别肿瘤的研究新进展进行了综述;对赋予荧光... 详细信息

癌症是威胁人类健康的重大疾病之一,实现早查早治是降低癌症死亡率的重要手段。目前在癌症的众多识别方式中,荧光检测凭借无创伤、检测快和可视化等优点受到了持续关注。文章对荧光探针靶向识别肿瘤的研究新进展进行了综述;对赋予荧光探针靶向性的叶酸(FA)和叶酸受体(FR)介导研究进展进行了介绍和深入分析。叶酸受体是癌细胞表面过量表达的特有物质,利用叶酸和叶酸受体特异性结合的特点,叶酸对荧光探针分子进行修饰可赋予荧光探针识别癌细胞的靶向性。叶酸受体有4种亚型(FRα,FRβ,FRγ和FRδ),前两者FRα和FRβ因分别在癌细胞和炎症巨噬细胞表面过量表达而备受关注,FRα和FRβ约有70%的同源性,两者均具有能与叶酸结合的特性,造成了荧光探针分子在生物识别过程中难以区分癌细胞和炎症巨噬细胞的弱势;针对叶酸修饰荧光探针难以区分叶酸受体亚型造成癌细胞和炎症巨噬细胞混淆问题的结构性缺陷,分析了两种叶酸受体亚型结构具有的手性区别特征:FRα和FRβ主要区别位于三个末端未翻译区,有三种不同手性特征的氨基酸形成一个用来包结叶酸分子的三角空腔,分别固定在氨基酸堆积体节点上的三种氨基酸形成了不同手性特性的区域性“手性空间”。FRα和FRβ本身的结构对不同的配体表现出立体差异性。讨论了基于叶酸受体亚型存在的“手性空间”差异性,构建叶酸受体亚型荧光及手性识别探针的可能性;有望借助光谱成像,通过手性荧光探针分子对氨基酸的识别区分叶酸受体两种亚型,实现可视化区分肿瘤细胞和炎症巨噬细胞的识别难题,进而提高癌细胞识别的准确性;文章介绍了手性荧光探针识别氨基酸原理及结构优化设计进展;近年来手性量子点对氨基酸不同对映体的研究备受关注。对无机手性量子点手性产生的本质特征和氨基酸对映体的识别特性进行了总结分析。最后对荧光探针及手性识别领域进行了展望。

关键词：荧光染料探针肿瘤识别手性靶向识别叶酸受体介导手性量子点