三价镨离子(Pr3+)是一种备受关注的稀土发光离子。学者们在过去几十年里对其发光性质进行了大量的理论和实验研究。在不同的基质材料中，由于非4f组态的电子态与Pr3+离子发光能级相互作用，Pr3+离子可以展现从紫外到红外波段的不同特征的光发射。影响Pr3+离子发光的这些电子态可能源于4f5d激发组态、电荷迁移态或类激子态。本文中，我们以几种具有代表性的发光材料为例，简短地总结和评述了Pr3+离子发光的不同谱形；也尝试解释了几个新颖的实验现象，例如: 杂质束缚激子态和电荷迁移态对发光的猝灭影响。我们希望这些相关概念和谱学结果的整理有助于读者更好地理解一些实验上的发光现象，并为设计发光材料提供新的思路。

为了研究等离子体产生时的气体击穿特性，利用低气压条件下气体击穿场强阈值模型，分析了He、Ne、Ar、Kr、Xe和Hg蒸汽等6种典型放电气体的击穿阈值随入射波频率、电子温度、气体压强以及气体温度的变化规律。结果表明: 气体击穿阈值随气体压强的增大而减小，随气体温度、电子温度和入射脉冲频率的增大而增大。气体压强和入射频率对击穿阈值的影响大于气体温度和电子温度，在所考虑的范围内，气体压强对击穿场强的影响约为100 V/m，入射脉冲频率对击穿场强的影响为50~300 V/m，气体温度和电子温度对击穿场强的影响为20~30 V/m。当考虑气体压强、气体温度以及电子温度等因素的影响时，各种气体的击穿场强阈值产生的变化规律相类似；但考虑入射频率的影响时，不同气体的击穿场强阈值差异很大。在所考虑的典型放电气体中，Xe具有最低的击穿场强阈值，He的击穿阈值最大。

提出一种基于深度稀疏学习的土壤近红外光谱分析预测模型。首先，使用稀疏特征学习方法对土壤近红外光谱数据进行约简，实现土壤近红外光谱内容的稀疏表示；然后采用径向基函数神经网络以稀疏表示特征系数为输入，以所测土壤成分为输出，分别建立土壤有机质、速效磷、速效钾的非线性预测模型。结果表明用该模型预测土壤有机质的含量是可行的，但对土壤速效磷和速效钾含量的预测还需对模型做进一步的优化。

以葡萄糖为原料，通过一步水热法合成稳定性高的碳量子点，并用乙二胺使其表面氨基化。焦性没食子酸能使氨基化的碳量子点荧光明显猝灭，由此建立一种简便、高效检测焦性没食子酸的新方法。考察了缓冲体系pH、反应时间、反应温度等对焦性没食子酸测定的影响。结果表明，在pH=11.20的三酸缓冲溶液中，室温反应20 min时，体系的F0/F与焦性没食子酸的浓度呈良好的线性关系，其线性范围为4.0×10-6～9.0×10-5 mol·L-1，相关系数r=0.997 4，检出限为3.5×10-6 mol·L-1。该方法快速简便，适用于水样中焦性没食子酸的检测。

基于石墨烯量子点(GQDs)的荧光性能建立了一种非标记荧光方法，用于灵敏和选择性测定抗坏血酸(AA)。GQDs溶液在紫外光激发下发出很强的蓝色荧光，当向溶液中加入AA后，GQDs溶液的荧光被猝灭。猝灭机理可能为在弱酸性介质中，AA与GQDs发生氧化还原反应，AA转移电子给GQDs。荧光猝灭强度与AA浓度在5.0×10-6～7.5×10-5 mol/L范围内呈良好的线性关系，检出限低至1.0×10-6 mol/L。该体系成本低、操作简单，并且在多种可能干扰的物质存在下对AA表现出很高的选择性。本方法应用于生物样品中AA的检测，回收率在95.2%～115.3%之间。

采用高温固相法成功制备了一系列新型NaY1-x(MoO4)2∶xEu3+荧光粉。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和荧光光谱仪对其晶型结构、微观形貌以及发光性能进行了表征。结果表明，所得样品呈白钨矿结构，空间点群结构为I41/a，属于四方晶系结构，颗粒尺寸在75～260 nm之间。在466 nm激发下，样品发射出波长为615 nm的红光。通过对样品的荧光寿命、发光机理和红橙光分支比(R/O)分析发现，Eu3+的浓度对样品荧光寿命影响不大，寿命为0.38～0.39 ms；而随着Eu3+掺杂浓度增加，R/O值逐渐减小，样品对称性增加。同时研究了Eu3+掺杂浓度及温度对NaY1-x(MoO4)2∶xEu3+材料发光强度的影响，结果表明NaY1-x-(MoO4)2∶xEu3+的浓度猝灭现象不明显，但却发生明显的温度猝灭现象。由此可见，NaY1-x(MoO4)2∶xEu3+在发光二极管(LED)用高效红色荧光粉领域具有潜在的应用价值。

为了开发一系列能够在纯水介质中使用的荧光凝胶材料，以TbCl3·6H2O和乙酰丙酮(ACAC)为初始原料合成了铽配合物Tb(ACAC)3·2H2O，并对其结构进行了表征。然后将铽配合物Tb(ACAC)3·2H2O以不同的质量分数引入到PVA基质中，在交联剂硼酸的作用下形成荧光凝胶。利用FTIR、PL、DSC、TGA等对其结构、发光性能及其热性能进行了研究。FTIR结果表明，铽配合物成功地掺杂到了PVA凝胶体系中。荧光发射光谱表明，所有铽配合物的PVA荧光凝胶都具有很好的荧光性能，更重要的是掺杂了3%、5%、7%铽配合物的PVA荧光凝胶位于545 nm处的特征发射峰的发射强度相比于小分子铽配合物Tb(ACAC)3·2H2O的发射强度更高，分别是其2.15、 3.27和5.65倍。表明PVA基质对铽配合物具有较好的敏化作用。此外，DSC和TGA研究结果表明，铽配合物的引入使得PVA凝胶的热稳定性略有下降，但影响不大。

用溶胶-凝胶法制得Zn、Cu共掺杂的TiO2∶SiO2凝胶，旋转法于玻璃基底涂膜，制得Zn、Cu共掺杂的TiO2∶SiO2薄膜，探讨了煅烧温度、煅烧时间及掺杂比例对其结构、形貌和性能的影响。采用XRD、FESEM、FTIR等测试技术对薄膜进行表征，并考察了其对甲基橙的光催化降解性能。XRD测试结果显示: 薄膜样品的晶型为锐钛矿型，结晶良好。SEM谱图显示: 薄膜微粒粒径小，分布均匀，表面平整、致密且无明显裂痕；紫外-可见光谱(UV-Vis)表明: Zn、Cu共掺杂的TiO2∶SiO2薄膜在紫外区和可见光区的吸光度明显增加，提高了对光的利用率；光催化性能测试表明: 与纯相TiO2对比，Zn、Cu共掺杂的TiO2 ∶SiO2薄膜对甲基橙的光催化降解率有较大提高，在600 ℃下焙烧2 h的掺杂的量比为n(Ti)∶n(Si)∶n(Zn)∶n(Cu)= 3 ∶2 ∶1.5 ∶4的薄膜样品光催化降解率最高。

提出利用气炼法制备Yb2+/Yb3+共掺石英玻璃，通过增加辅助加热装置来控制Yb3+和Yb2+离子间的转化过程，并对不同条件下制备的Yb2+/Yb3+共掺石英玻璃的吸收特性和发射特性进行了研究。由于Yb2+离子的4f14→4f135d能级跃迁，经过辅助加热制备的Yb2+/Yb3+共掺石英玻璃有着更强的吸收强度和更多的吸收峰，并且其吸收光谱的尾部向更长波长延伸，同时也可观察到Yb3+离子典型的吸收特性。经过辅助加热制备的Yb2+/Yb3+共掺石英玻璃的主发射峰位于530 nm左右，经色作标换算得到所制备玻璃的色坐标为(0.332 2,0.476 7)，落在白光区域。研究结果表明，所制备的Yb2+/Yb3+共掺石英玻璃是一种白光LED的潜在材料。

采用高温熔融法制备Ce3+或Tb3+单掺和Ce3+/Tb3+共掺钆-钡-硅酸盐闪烁玻璃。通过透射光谱、光致激发和发射光谱、X射线激发发射光谱及荧光衰减曲线等手段对其发光性能进行研究。实验结果表明: 在紫外光的激发下,Tb3+掺杂闪烁玻璃发出明亮的绿光(544 nm)，而Ce3+掺杂闪烁玻璃发出蓝紫光。对于Ce3+/Tb3+共掺闪烁玻璃，在紫外光和X射线激发下均观察到Ce3+离子敏化Tb3+离子发光的现象，这是由于存在Ce3+→Tb3+的能量转移。Ce3+/Tb3+共掺闪烁玻璃的最佳Ce2O3掺杂摩尔分数为0.2%，此时Ce3+离子向Tb3+离子的能量传递效率为45.7%。在X射线激发下，Ce2O3摩尔分数为0.2%的Ce3+/Tb3+共掺闪烁玻璃在544 nm处的发光强度是Bi4Ge3O12 (BGO)闪烁晶体在500 nm处发光强度的4.2倍，积分闪烁效率达到BGO晶体的55.6%，这有利于在高分辨率医学成像中降低辐射剂量。

为实现伴随粒子中子管研究中的小靶点表征，设计了一种基于YAG∶Ce材料的模块化荧光靶体，给出了一种靶点实时监视与测量的方法。利用该方法实现了伴随粒子中子管最小4 mm直径靶点的实验工作。研究中在可更换的荧光靶面上经过激光雕刻阵列化后，能够分辨毫米级甚至亚毫米级的靶点大小。经过长时间高能离子束轰击后的YAG∶Ce材料靶面能够持续发光，未见性能下降，证明YAG∶Ce材料具有良好的耐辐照性能。

采用熔融淬冷法制备得到透明的Tm3+/Er3+/Yb3+掺杂镓锗钠玻璃。对比研究了808 nm和980 nm激发下Tm2O3含量对样品可见-红外光学光谱特性的影响。 结合稀土离子能级结构,分析了Tm3+、Er3+和Yb3+离子之间的能量传递机制。结果表明:在808 nm和980 nm的激发下，Tm3+/Er3+/Yb3+掺杂样品中均观察到了473，655，521，544 nm的蓝、红和绿光。在808 nm激发下，随着Tm3+浓度的增加，Tm3+:1 800 nm 和Er3+:1 530 nm发射强度的比率 I1.8/I1.53逐渐增大。由于在Tm3+和Er3+间的能量传递有效地改变了红光和绿光的发射强度，473，521，655 nm的发光强度呈现先升高再降低的趋势，在Tm2O3掺杂摩尔分数为0.3%时达到最大值。而在980 nm激发下，由于Yb3+对Er3+和Tm3+的能量传递起主要作用，使得其上转换红光(655 nm)、绿光(521 nm和544 nm)和蓝光(473 nm)的发光强度高于808 nm激发下的上转换发光。

为了研究AlGaN量子阱层和垒层中Al组分不同对AlGaN基深紫外发光二极管(LED)光电性能的影响，本文利用MOCVD生长、光刻和干法刻蚀工艺制备了AlGaN量子阱层和垒层具有不同Al组分的270/290/330 nm深紫外LED，通过实验和数值模拟计算方法发现，量子阱层和垒层中具有低Al组分紫外LED的AlGaN材料具有较低的位错密度、较高的光输出功率和外量子效率。通过电流-电压(I-V)曲线拟合出的较大的理想因子(>3.5)和能带结构图表明，AlGaN深紫外LED的电流产生是隧穿机制占据主导作用，这是因为高Al组分AlGaN量子阱中强极化场造成了有源层区域较大的能带弯曲和电势降。

通过测量光电流，直接观察了InGaN/GaN量子阱中载流子的泄漏程度随温度升高的变化关系。当LED温度从300 K升高到360 K时，在相同的光照强度下，LED的光电流增大，说明在温度上升之后，载流子从量子阱中逃逸的数目更多，即载流子泄漏比例增大。同时，光电流的增大在激发密度较低的时候更为明显，而且光电流随温度的增加幅度与激发光子的能量有关。用量子阱-量子点复合模型能很好地解释所观察到的实验现象。实验结果直接证明，随着温度的升高，InGaN/GaN量子阱中的载流子泄漏将显著增加，而且在低激发密度下这一效应更为明显。温度升高导致的载流子泄漏增多是InGaN多量子阱LED发光效率随温度升高而降低的重要原因。

采用共沉淀法制备了四方相锆石型结构YVO4∶Yb3+,Er3+纳米粒子。粒子表面光滑，结晶良好，呈类球状，粒径~80 nm。在980 nm和1 550 nm红外激发下，粒子呈现类似的特征发射，峰位位于634～706 nm的红光和513～573 nm的绿色分别归因于Er3+离子4F9/2→4I15/2和2H11/2,4S3/2→4I15/2能级间的辐射跃迁。通过激发光波长控制，在同组分粒子中实现了颜色可控的高色纯度绿、红色发光，对应的绿红光和红绿光分支比分别高达29.5和37.97。借助能级跃迁模型，详细讨论了不同激发条件下的纳米粒子上转换发光的跃迁和变化机制。

选用五氧化二钽(Ta2O5)-聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)复合材料作为栅绝缘层制备了并五苯有机场效应晶体管(OFETs)。通过在Ta2O5表面旋涂一层PMMA可以降低栅绝缘层的表面粗糙度，增大其场效应晶体管的迁移率。研究了厚度在20~60 nm范围内的PMMA对复合绝缘层表面形貌、粗糙度以及器件电学性能的影响。结果表明，当PMMA厚度为40 nm时，器件的电学性能最佳。与单一的Ta2O5栅绝缘层器件相比，其场效迁移率由4.2×10-2 cm2/(V·s)提高到0.31 cm2/(V·s)；栅电压增加到-20 V时，开关电流比由2.9×102增大到2.9×105。

有机电致发光显示器对水和氧气非常敏感，渗入器件后会和有机功能层及电极材料反应而影响器件的寿命及稳定性。本文提出了一种液体可涂覆干燥剂的制备方法，采用了氯化物干燥剂和价格低廉的阳离子成膜剂结合合成一种具有很好成膜性、且吸水效果很强的涂覆干燥剂。封装240 h后，使用薄膜干燥剂的器件的亮度分别为平均值的103.5%、83.3%以及119.8%，效率为平均值的130.7%、65.6%以及126.0%。与传统干燥剂相比，该薄膜干燥剂的吸湿效果更佳，且可延缓OLED的老化。

针对量子点发光二极管(QLED)中载流子注入不平衡的问题，对空穴和电子在量子点层的注入速率进行了研究。制备了不同电子传输层厚度、结构为ITO/PEDOT∶PSS/Poly-TPD/QDs/Alq3/Al的QLED样品。Alq3厚度由25 nm逐步递增至45 nm时，器件的开启电压升高，器件均发出量子点的红光。当Alq3厚度为30 nm时，器件的电流效率最高。此时，空穴和电子在量子点层的注入速率达到相对平衡。为进一步研究器件的发光特性，在QDs和Alq3接触界面嵌入电子阻塞层TPD。研究发现，当TPD的厚度为1 nm时，器件发出红光；当TPD厚度为3 nm和5 nm时，器件开始出现绿光。实验结果表明，在选取电子阻塞层时，应选择LUMO较低的材料且阻塞层的厚度必须很薄。

为了实现量子点背光源的白平衡，将红量子点和绿量子点与油墨均匀混合，采用丝网印刷的工艺将混合后的量子点浆料印刷到导光板的下表面，作为导光板的网点，在侧边蓝光LED激发下，使红、绿量子点发光并和蓝光共同复合发光。通过调整优化量子点在混合浆料中的比例和红、绿量子点的配比最终实现白平衡。利用OLYMPUS显微镜、F-4600荧光分光光度计和SRC-200M光谱彩色亮度计对量子点网点导光板表面形貌和光学性能进行了表征和分析。实验结果表明: 当量子点在混合浆料中的质量分数为7%并且红量子点和绿量子点满足1∶12时，能够实现白平衡，CIE 1931色坐标为(0.330 8，0.327 1)，色温为5 588 K，在100 mA的激发电流下亮度可达4.136×103 cd/m2，色域为NTSC的122.4%。

针对大功率远程荧光粉型白光LED存在的散热问题，研究了其封装结构的散热设计方法。在分析现有远程荧光粉型白光LED封装结构及散热特点的基础上，提出将荧光粉层与芯片热隔离的同时开辟独立的荧光粉层散热路径的热设计方法。仿真分析结果表明: 新的设计能够在不增加灯珠径向尺寸的同时改善荧光粉层的散热能力。在相同边界条件下，改进设计后的荧光粉层温度较改进前降低了10.7 ℃，芯片温度降低了0.55 ℃。在芯片基座上设置热隔离槽对芯片和荧光粉层温度的影响可以忽略。为了达到最优的芯片和荧光粉层温度配置，对荧光粉层与芯片之间封装胶层厚度进行优化是必要的。新的封装方法将芯片和荧光粉层的散热问题相互独立出来，既避免了二者的相互加热问题，又增加了灯珠光学设计的自由度。