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研究團隊成功制備了一種新型透明發(fā)光微晶玻璃材料，并在該材料中實現(xiàn)了Eu2?離子的f→f躍遷發(fā)光。相關研究成果以“f → f transition luminescence of Eu2+ in barium-aluminum-borate oxyfluoride glass ceramics”為題，發(fā)表于Journal of Materials Chemistry C。
稀土離子因其豐富的能級結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的光學性能，在激光材料、照明技術等領域發(fā)揮著關鍵作用。然而，目前能夠?qū)崿F(xiàn)激光輸出的稀土離子主要是三價稀土離子（如Nd3?、Yb3?等），其激光輸出波長主要位于紅外光譜區(qū)域。相比之下，Eu2?離子雖然在多種基質(zhì)材料中表現(xiàn)出優(yōu)異的5d→4f躍遷發(fā)光效率，但由于其4f?5d1激發(fā)態(tài)吸收較強，難以實現(xiàn)激光輸出。研究團隊發(fā)現(xiàn)，在某些特定的弱晶場環(huán)境下，Eu2?可以表現(xiàn)出4f→4f躍遷發(fā)光，這為開發(fā)新型紫外固體激光材料提供了新的可能性。 圖1 玻璃和微晶玻璃樣品中Eu2+光譜性能。d→f躍遷：（a）激發(fā)光譜，（b）發(fā)射光譜，（c）熒光衰減壽命。f→f躍遷：（d）激發(fā)光譜，（e）發(fā)射光譜，（f）熒光衰減壽命。
研究團隊首先在還原氣氛下通過高溫熔融法制備了Eu2?摻雜玻璃，隨后通過析晶熱處理獲得了透明微晶玻璃。熒光光譜分析顯示，玻璃中的Eu2?僅表現(xiàn)出4f?5d1→4f?躍遷的寬帶發(fā)光（半高寬≈136 nm），而經(jīng)過熱處理后，微晶玻璃中出現(xiàn)了359 nm的線狀發(fā)光（半高寬≈2.8 nm），對應于Eu2?的4f?→4f?躍遷。為了探究Eu2?光學躍遷從4f?5d1→4f?轉(zhuǎn)變?yōu)?f?→4f?的機制，研究團隊通過熒光光譜、X射線衍射（XRD）、拉曼光譜和電子順磁共振（EPR）光譜等手段對玻璃和微晶玻璃進行了分析。結(jié)果表明，Eu2?離子從強晶體場強度的玻璃相進入弱晶體場強度的BaAlBO?F?（BABF）晶體中的Ba2?位點，導致了光學躍遷類型的轉(zhuǎn)變。 這項研究首次在微晶玻璃材料中實現(xiàn)了Eu2?的f→f躍遷發(fā)光，為Eu2?離子的光學躍遷機制提供了新的見解，具有重要的科學意義和應用前景。Eu2?的359 nm線狀發(fā)光位于UVA（320-380 nm）區(qū)域，賦予其在UVA光療燈領域的潛在應用價值。此外，這種材料的長熒光壽命和窄帶發(fā)光特性使其在紫外固體激光器、光譜校正和光療燈等領域具有潛在的應用前景。
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