1 中国地质大学(武汉)珠宝学院, 湖北 武汉 430074
2 云南国土资源职业学院, 云南 昆明 652501
尖晶石作为一种珍贵的宝石材料, 因其瑰丽的颜色外观和悠久的历史而广受称赞。 变色效应作为宝石学中一种常见的光学现象, 在变石, 蓝宝石, 尖晶石, 石榴石等宝石中都可以出现。 通常将宝石的变色效应归结为Cr离子和V离子所致, 但是目前有关变色尖晶石的报道较少, 缺乏致色元素和变色机理的研究。 本次研究对象是一颗具有变色效应的尖晶石(在D65光源下呈蓝色, 在A光源下呈蓝紫色), 和两颗不具有变色效应的蓝色尖晶石(两种光源下色调无明显变化)。 运用电感耦合等离子体质谱仪(LA-ICP-MS)、 紫外可见光谱仪、 拉曼光谱仪、 光致发光光谱仪获取样品的成分和光谱信息。 LA-ICP-MS化学成分测试结果表明, 三颗尖晶石均为镁铝尖晶石, 主要化学成分为MgO和Al2O3, 并含有Fe, V, Cr, Co和Zn等微量元素, 在变色尖晶石中含有较多的Fe离子和微量的Co离子, 不含有Cr离子, 并且变色尖晶石与无变色效应的蓝色尖晶石中V离子含量相近。 变色尖晶石紫外可见吸收光谱具有位于387, 461, 478, 527, 559, 590, 627和668 nm处的吸收峰, 其中387, 461, 478和668 nm吸收峰与Fe离子有关。 559, 590和627 nm处的吸收峰是由Co离子d轨道电子自旋允许跃迁4A2→4T1(4P)并经自旋-轨道耦合作用分裂所致。 此外, 四面体配位中的Fe2+d—d自旋禁阻跃迁5E(D)→3T1(H)同样在559 nm处产生吸收峰。 由Co离子和Fe离子共同作用, 在559 nm附近产生的吸收宽带是尖晶石产生变色效应的主要原因。 拉曼光谱测试结果显示变色尖晶石与其他两颗蓝色尖晶石无差异, 可见311, 405, 663和765 cm-1四个特征拉曼位移峰, 依次对应F2g(1), Eg, F2g(3)和A1g振动。 光致发光光谱(PL)测试发现变色尖晶石中处于Td对称位置的Co2+的4T1(P)能级会分裂成为三个子能级, 电子由三个4T1(P)激发态的子能级回落到4A2(F)基态而产生位于686, 650和645 nm处的发光峰。 变色尖晶石中Co离子含量很低, 并且Fe离子含量较高, 受到Fe离子荧光猝灭作用, 样品无红色发光现象。
尖晶石 变色效应 紫外-可见光光谱 拉曼光谱 PL光谱 Spinel Alexandite effect LA-ICP-MS UV-Vis spectrurm Raman spectrum PL spectrum LA-ICP-MS 光谱学与光谱分析
2022, 42(11): 3541
1 北京工业大学材料与制造学部激光工程研究院, 北京 100124
2 北京石油化工学院新材料与化工学院, 北京 102617
3 北京印刷学院印刷与包装工程学院, 北京 102627
ZnO是第三代半导体的代表之一, 可作为紫外光致发光与多共振模式激光的载体, 尤其以光学气化过饱和析出法(OVSP)制备的ZnO微米晶近年来在光催化、 高效多彩光源、 高效电致发光等方面显示出重要优势, 但其制备成本较高、 生产效率低下, 阻碍了其大规模器件化的发展。 针对上述问题, 基于有限元分析的结果, 设计并搭建了一套工作波长在1 080 nm, 功率18%(@2500W)激光加热的微米晶生长装置。 以ZnO为原料验证了所研制装置的可行性与实用性。 结果表明, 该装置制备产物与OVSP法制备产物在形貌、 结构、 发光性能上非常接近, 生产效率得到极大提高(~500%)。 利用研制的生长装置, 成功制备出了具有完整六边形截面形貌的富受主型ZnO单晶微米棒, 其直径约为3.8 μm, 长度达10~20 μm。 通过拉曼光谱发现, ZnO微米棒的拉曼峰清晰尖锐, 位于437 cm-1处的拉曼峰对应模式, 所制备微米棒为结晶性较好的六方纤锌矿结构。 通过对ZnO微米棒荧光光谱的分析, 发现其与OVSP法所制备的ZnO微米管具有类似的紫外双峰结构, 表明微米棒内存在大量与锌空位(VZn)相关的受主缺陷。 在80~280 K范围内, 随着温度升高, ZnO微米棒的荧光发光峰强度出现“热猝灭-负热猝灭-热猝灭”的反常行为。 研究发现, 在166~200 K范围内出现的负热猝灭行为与导带底以下477 meV处存在的中间态能级(陷阱中心)有关, 在200~280 K范围内出现的热猝灭现象与导带底以下600 meV处非辐射复合中心有关。 两者的出现与所制备的ZnO微米棒氧空位(VO)缺陷相关。 所研制的激光生长装置具有较高的可行性与实用性, 该制备方法为富受主型ZnO单晶微米棒的快速批量生长奠定了技术基础, 同时对其在光电器件领域的应用也具有重要意义。
ZnO微米晶 激光材料加工 拉曼光谱 光致发光光谱 ZnO microcrystal Laser material processing Raman spectrum PL spectrum 光谱学与光谱分析
2022, 42(10): 3000
1 哈尔滨工业大学航天学院，哈尔滨 150001
2 上海卫星装备研究所，上海 200240
采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)技术制备的大尺寸、高质量单晶金刚石材料具备卓越的物理化学性能，在珠宝、电子、核与射线探测等消费品、工业和**科技领域极具应用前景。研究发现在化学气相沉积单晶金刚石生长过程中，在衬底与外延层之间，以及生长中途停止-继续生长的生长层之间出现明显的界面区。本文采用偏光显微镜、拉曼光谱、荧光光谱(PL)等手段对界面区域进行了测试分析，界面区在偏光显微镜下表现出因应力导致的亮区，且荧光光谱(PL)及其线扫描显示该区域的NV色心含量远高于衬底及其前后外延层，表明该界面区具有较高的缺陷和杂质含量。结果表明在生长高品质单晶金刚石初期就应当采取一定手段进行品质调控，并尽量在一个生长周期内完成制备。
单晶金刚石 微波导离子体化学气相沉积 界面 拉曼光谱 PL光谱 single crystal diamond microwave plasma chemical vapor deposition (MPCVD) interface Raman spectrum PL spectrum
南京理工大学 电子工程与光电技术学院, 南京 210094
二维钙钛矿材料由于其具有特殊和更稳定的光电性能逐渐成为材料领域的一个研究热点。为了研究二维杂化钙钛矿的稳定性, 用旋涂法制备了二维杂化钙钛矿代表性材料(C6H5C2H4NH3)2(CH3NH3)2Pb3I10的薄膜样品, 在薄膜上旋涂一层PMMA进行对比, 测量两种薄膜随激光照射时间变化的光致发光光谱变化。结果表明, 二维杂化钙钛矿在空气中仍然存在光稳定性较差的问题, 其结构在连续激光的作用下被破坏、造成不可逆转的分解; 而PMMA薄膜的覆盖能对二维杂化钙钛矿起到很好的保护作用。
光谱学 微区光学系统 二维杂化钙钛矿 PL光谱 spectroscopy micro-region optical system two-dimensional hybrid perovskite PL spectrum PMMA PMMA
1 南京邮电大学光电工程学院, 江苏 南京 210023
2 南京邮电大学Peter Grünberg研究中心, 江苏 南京 210023
ZnO单晶材料以其优良的综合性能在光电子器件方面掀起了研究热潮, 因此对ZnO单晶的研究具有重要的理论和实践意义。 采用激光辐照的方式, 对ZnO单晶进行了光致发光(photoluminescence, PL)光谱实验, 分析研究了ZnO单晶在不同温度（低温）和不同激光能量强度照射下其光致发光特性。 研究结果表明, ZnO单晶内存在少量杂质及表面氧缺陷, 这些结构对其发光特性有一定的影响; 在低温条件下, ZnO单晶具有良好的发光特性, 且随着温度的提高, 发光光谱峰的位置会向长波长方向移动, 但强度会减小; 当激光光源的强度增大, ZnO单晶的PL发射光谱的强度也会随之增大, 且峰的位置和相对强度不变。 结合拉曼(Raman)光谱实验, 从分子及原子振动、 转动类型验证了纤锌矿ZnO单晶的六方晶系结构; 配合X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)技术, 得出ZnO单晶良好的结晶特性以及晶轴取向。
ZnO单晶 Raman光谱 PL光谱 ZnO single crystal Raman spectrum XRD XRD PL spectrum 光谱学与光谱分析
2017, 37(6): 1700
北京印刷学院 北京市印刷电子工程技术研究中心 印刷与包装工程学院, 北京 102600
为了提高氧化锌光致发光强度, 以磁控溅射氧化锌/银复合薄膜为研究对象, 系统地研究了氧化锌薄膜的光学性质。实验中首先在硅衬底上用射频磁控溅射的方法沉积氧化锌/银复合薄膜, 作为对比, 同时沉积了一层氧化锌薄膜。通过扫描电子显微镜和原子力显微镜对样品的形貌及成份进行表征, 并且在室温下测试样品在300~800 nm波长范围内的光致发光光谱。实验结果表明: 所制得样品为均匀分布的氧化锌纳米薄膜, 纯氧化锌光致发光光谱结果显示有波长位于378 nm 左右的紫光、470 nm 左右的蓝色发光峰存在, 加入银薄膜后, 氧化锌可见光区和紫外光区的光致发光光谱强度均有所增强, 而且紫外光峰位出现了红移。实验结果结合样品吸收谱对光致发光机理的分析作了进一步的分析。
光致发光光谱 表面等离激元 氧化锌 磁控溅射 PL spectrum surface plasmons ZnO magnetron sputtering 红外与激光工程
2016, 45(6): 0621005
1 天津工业大学 电子与信息工程学院, 天津 300387
2 天津工业大学 电气工程与自动化学院, 天津 300387
3 天津工业大学 大功率半导体照明应用系统教育部工程研究中心, 天津 300387
首次提出了一种基于静电纺丝工艺以柔性PET为基底的新型LED远程荧光片的制备方法,实现了蓝色LED芯片与荧光粉层相分离的免封装器件结构。采用静电纺丝工艺制备了黄色荧光片和红色荧光片,并研究了黄色荧光片的透射率、吸收率、PL谱及红色荧光片对白光LED的光学性能参数的影响,包括光通量、相关色温、光效。实验结果表明,所制备黄色荧光片在可见光波段具有良好的透光性,荧光片的光谱完全由荧光粉来决定,不需要考虑复杂工艺的影响;使用红色荧光片可以在保持高光效的同时将球泡灯的相关色温由5 595 K降低为3 214 K,这在曲面发光及色温调节方面为灯具设计提供了广阔的空间。
静电纺丝 LED远程荧光片 透射率 PL谱 相关色温 electrostatic spinning LED remote fluorescent sheet transmittance PL spectrum correlated color temperature
1 吉林大学 材料科学与工程学院, 吉林 长春 130012
2 吉林大学 超硬材料国家重点实验室, 吉林 长春 130012
利用水合肼作缓释型碱源和络合剂, 采用水热法合成了Zn2SnO4立方多面体。XRD物相分析表明, 产物为结晶良好的立方反尖晶石结构Zn2SnO4。FESEM和TEM形貌分析表明, 该Zn2SnO4微晶为边长100～400 nm左右的立方体, 其光致发光光谱是蓝-绿光发射带(中心590 nm处), 在400 ℃空气气氛下退火1 h后, 蓝-绿光发射带的强度显著降低。这主要是因为退火处理提高了晶体质量, 降低了氧空位浓度, 从而降低了可见光发射带的强度。
水热合成 多面体 荧光光谱 Zn2SnO4 Zn2SnO4 hydrothermal synthesis polyhedron PL spectrum
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 激发态物理重点实验室, 吉林 长春130033
2 中国科学院 研究生院, 北京100039
通过对多层GaSb量子点的生长研究, 发现随着生长层数的增加, 量子点尺寸逐渐变大, 密度没有明显变化, 并且量子点出现了聚集现象;当层数增加到一定数量、量子点聚集到一定大小时, 聚集的量子点处会出现空洞。这些现象表明, 各层量子点在生长过程中存在关联效应, 并且GaAs层不能很好地覆盖在聚集的量子点之上, 在继续生长其它量子点层时, 聚集的量子点处在高温下出现GaSb的蒸发, 从而出现空洞。 PL谱出现了很宽的量子点发光峰, 这很可能是由于多层量子点在生长时大小分布较宽而导致的结果。
GaSb量子点 PL谱 关联效应 LP-MOCVD LP-MOCVD GaSb quantum dots PL spectrum relatedness effects
采用强激光辐照硅锗合金，然后高温氧化的方法，在样品表面生成微米级小孔，用高精度扫描电镜观察孔内结构，发现片状纳米结构的存在。用荧光光谱仪测量其光致荧光谱，对于激光辐照(无高温氧化)的样品，在峰值705 nm处出现较强的光致发光(PL)。高温氧化后，样品在606 nm处出现一尖锐的PL光谱。利用量子受限和纳晶与氧化物的界面态综合模型解释PL光谱的产生。
高温氧化 激光辐照 硅锗合金 低维结构 PL光谱 high temperature oxidation laser irradiation SiGe low-dimensional structure PL spectrum
