1 1.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海 200050
2 2.中国科学院大学 材料科学与光电技术学院, 北京 100864
3 3.浙江大学 材料科学与工程学院, 杭州 310027
间接带隙的Cs2NaBiCl6双钙钛矿材料具有近红外宽波段发射特性, 但低发光效率限制了其在近红外发光领域的应用。本工作通过共沉淀法快速制备微米级尺寸的Cs2Ag0.1Na0.9BiCl6:Tm3+双钙钛矿晶体, 实现了近红外荧光增强, 并系统研究了其光学吸收、光致发射(PL)、光致激发(PLE)、时间分辨光致发光和荧光量子效率(PLQY)等光学性能。共沉淀法制备的Cs2Ag0.1Na0.9BiCl6:Tm3+的光学带隙为3.06 eV。在350 nm紫外光激发下, 可以观察到峰值位于680 nm的近红外宽峰发射, 这源于自陷激子发光。通过引入Tm3+作为新的发光中心, 实现了810 nm波段的近红外发光增强, 在780~830 nm波段荧光量子效率(PLQY)从1.67%提高到11.77%, 提高了6.05倍。在650~900 nm波段, Cs2Ag0.1Na0.9BiCl6:Tm3+的近红外PLQY高达25.22%。本研究证明了共沉淀法快速制备的Cs2Ag0.1Na0.9BiCl6:Tm3+钙钛矿作为新型近红外光源材料的可行性。
近红外发光 自陷激子 共沉淀 双钙钛矿 Cs2Ag0.1Na0.9BiCl6 near-infrared emission self-trapped excitons coprecipitation double perovskite Cs2Ag0.1Na0.9BiCl6
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院 ，上海 200093
二维钙钛矿的宽带发射引起了人们对单组分白光二极管的兴趣。二维钙钛矿(PEA)2PbBr2Cl2和(C6H18N2O2)PbBr4具有软晶格特性，因而能产生很强的光声耦合作用，使得受激产生的电子–空穴对（激子）很容易引起晶格畸变从而被晶格捕获，形成自陷激子（self-trapping excitons，STEs），发射出全光谱白光。研究表明：这2种材料的半高全宽可以达到232 nm和194 nm；斯托克斯位移分别为182 nm和198 nm；荧光寿命为9.812 ns和13.465 ns。它们在CIE色度图上坐标分别为（0.36，0.40）和（0.40，0.44），显色指数（color rendering indexes，CRI）为86.93和82.23。基于这2种钙钛矿，结合商用的紫外LED，制成的复合型LED色温在5000 K左右，为设计单组分白光二极管提供了新的思路和方法。
二维钙钛矿 自陷激子 宽谱发射 白光发射 LED two-dimensional perovskite STEs broad spectrum emitting white-light emission LED
1 中北大学化学工程与技术学院，太原 038507
2 德州学院化学化工学院，德州 253023
3 北京大学分析测试中心，北京 100871
4 中国科学院理化技术研究所，人工晶体研究发展中心，中国科学院功能晶体与激光技术重点实验室，北京 100190
全无机金属卤化物灵活多变的结构及优异的发光性能使其在固态光电子领域显示出重要的应用前景。本研究采用异价阳离子取代策略，用三价锑离子部分取代CsCdCl3中的二价镉离子，促进自陷激子的产生，使CsCdCl3∶Sb3+产生了明亮的宽带绿色发光，中心波长为530 nm。机理研究结果表明，CsCdCl3∶Sb3+ 中相邻SbCl6八面体被孤立，形成了低维电子构型，促进了Sb3+ 局域化，实现了量子效率最高为95.5%的高效发光。此外，尽管CsCdCl3和RbCdCl3均属于ACdCl3(A为碱金属家族)，但它们的晶体结构明显不同。RbCdCl3属于正交晶系，空间群为Pnma；CsCdCl3属于六方晶系，空间群为P63/mmc。CsCdCl3的结构对称性大于RbCdCl3，其晶体结构偏离立方相的扭曲程度比RbCdCl3小，导致CsCdCl3∶Sb3+比RbCdCl3∶Sb3+有较小的斯托克斯位移，并造成发射光谱的蓝移。本工作不仅为异价阳离子取代设计新的发光材料提供了方法，而且为通过晶体结构对称调控金属卤化物的发光性能提供了思路。
金属卤化物 异价阳离子取代 自陷激子 高量子效率 镉 绿色发光 metal halide heterovalent cation substitution self-trapped exciton high quantum efficiency cadmium green photoluminescence
1 上海大学材料科学与工程学院, 上海 200444
2 中国科学院上海硅酸盐研究所, 上海 200050
3 上海理工大学材料科学与工程学院, 上海 200082
金属卤化物低维钙钛矿具有高效的发光性能, 并且作为闪烁体在辐射探测领域表现出极大的潜力。本文采用布里奇曼坩埚下降法生长出全无机零维钙钛矿结构Cs3Cu2Br5单晶。研究了Cs3Cu2Br5的光学吸收、光致激发和发射, 时间分辨光致发光和以及X射线探测性能。Cs3Cu2Br5晶体结构为正交晶系, 空间群为Pnma。在X射线激发下, Cs3Cu2Br5晶体具有峰值约为467 nm的宽带发射, 该发射来自自陷激子发射。Cs3Cu2Br5的稳态光产额约为4 000 ph./MeV, 且X射线余辉性能表现与BGO晶体相当。
零维钙钛矿 闪烁体 Cs3Cu2Br5单晶 坩埚下降法 X射线探测 自陷激子 zero-dimensional perovskite scintillator Cs3Cu2Br5 single crystal Bridgman method X-ray detection self-trapped exciton
1 上海理工大学材料科学与工程学院, 上海 200082
2 中国科学院上海硅酸盐研究所, 上海 201800
本文使用坩埚下降法制备了7 mm的未掺杂Cs2HfCl6与Cs2HfCl6∶0.2%Tl(摩尔分数)单晶, 对晶体样品进行了物相、杂质含量、光学和闪烁性能的研究。该晶体属于立方晶系, 空间群为Fm3m。在荧光和X射线激发下, 未掺杂Cs2HfCl6晶体的发光主峰皆为380 nm, 对应于自陷激子发光。Cs2HfCl6∶0.2%Tl晶体在荧光和X射线激发下, 发射光谱中除了存在380 nm处的自陷激子发光, 也存在505 nm处Tl+的sp-s2跃迁发光。Cs2HfCl6和Cs2HfCl6∶0.2%Tl晶体的光输出分别为37 000 photons/MeV和36 500 photons/MeV, 在662 keV处的能量分辨率皆为3.5%。在137Cs源激发下, Cs2HfCl6晶体的闪烁衰减时间为0.37 μs (4.2%)、4.27 μs (78.9%)和12.52 μs (16.9%), Cs2HfCl6∶0.2%Tl晶体的闪烁衰减时间为0.33 μs (3.5%)、4.09 μs (81.9%)和10.42 μs (14.5%)。
自陷激子发光 sp-s2跃迁 闪烁晶体 坩埚下降法 能量分辨率 Cs2HfCl6∶Tl Cs2HfCl6∶Tl self-trapped exciton emission sp-s2 transition scintillation crystal Bridgman method energy resolution
1 中山大学 物理学院, 广州 510275
2 中国科学院 上海硅酸盐所, 上海 201800
3 广州瑞迪爱生科技有限公司, 广州 510653
为了分析材料在低温下的陷阱能级, 获得更多有关缺陷结构的信息, 研制了一套由STM32微控制器为核心的低温热释光发光谱测量系统。 设计了低温样品室,采用液氮冷却样品; STM32通过控制加热电流, 实现样品以恒定速率升温, 从而获得低温热释光发光曲线或三维热释光谱。温度测量范围为85~400 K, 升温速率范围为0.1~10 K/s。设计了由STM32控制X射线及紫外光源的驱动电路, 用于样品的激发。采用高灵敏度CCD实现对三维热释光谱的测量, 采用单光子计数器获取二维热释光发光曲线。利用该系统测试了(Lu,Y)2SiO5∶Ce3+(LYSO∶Ce3+)单晶闪烁体与SrSO4∶Dy3+粉末样品的热释光谱及辐射发光光谱。观察到LYSO∶Ce3+在108, 200, 380 K左右的热释光峰, 发光波长位于390~450 nm之间, 是明显的宽带峰。在低温下由于基质的自陷激子(STE)发射所形成的发射峰在166 K时发生猝灭。在309 K时, Ce3+发射峰展宽为单一发射峰; SrSO4∶Dy3+发光峰温度为178, 385 K, 发光波长由Dy3+离子的能级跃迁决定, 在480, 575, 660, 750 nm处呈现窄带发光峰。结果表明, 系统人机交互界面友好, 实验数据可靠, 智能化程度高, 操作简单。
低温热释光 辐射发光 自陷激子 缺陷结构 low-temperature thermoluminescence(TL) LYSO LYSO radioluminescence(RL) self-trapped excitons(STE) defect structure
