Nd3+激活的BiZn2VO6荧光体中近红外（NIR）发射的研究

《Materials Research Bulletin》：Investigation of NIR Emission in Nd3+ activated BiZn 2VO 6 Phosphor

近红外发光材料BiZn2VO6掺杂Nd3+的研究。通过XRD、EDAX等表征确认材料结构，带隙经Tauc图计算为2.58 eV。掺杂Nd3+后观察到1070 nm特征发射线，激发源于Nd3+ f-f跃迁。最佳掺杂比例为Bi0.95Nd0.05Zn2VO6，高浓度呈现浓度淬灭效应。实验未发现宿主敏化现象，与常规范德华体系不同。

　　

Supriya Kshetrapal | Nilesh Ugemuge | H.S. Ahamad | Roshani Bhagat | Renuka Nafdey | Chhatrasal Gayner | S.V. Moharil

印度那格浦尔S.F.S.学院物理系，邮编440001

摘要

本文介绍了Nd³⁺在BiZn₂VO₆基质中的近红外（NIR）发光特性。通过XRD、EDAX、元素映射、反射光谱和拉曼位移对合成样品进行了表征。根据Tauc图计算得出BiZn₂VO₆的带隙为2.58 eV。NIR发射主要由Nd³⁺的特征线组成，其中最显著的发射线位于1070 nm处。激发过程也发生在Nd³⁺的f壳层内部。浓度依赖性研究表明，当Bi_0.95Nd_0.05Zn₂VO₆的组成时，发光强度达到最大值。随着Nd³⁺浓度的增加，发光强度会减弱。基于这些数据进行的计算表明，当Nd³⁺离子之间的距离小于17.08 ?时，它们之间会发生能量交换。

引言

如今，由于三价镧系离子（Ln³⁺）在光通信、激光器、生物医学成像、传感、近红外发光二极管（LED）以及体内成像等领域的广泛应用，对这类材料的需求正在不断增加[[2], [3], [4], [5], [6]]。为了满足这些需求，通常会在合适的基质材料中掺入Er³⁺、Yb³⁺和Nd³⁺离子[7,8]。其中，Nd³⁺是一种出色的激活剂，因为它在紫外到近红外区域具有多个吸收带，并能在1060 nm左右产生强发射，这使得它在成像、光学传感器、低温温度计、固态激光器和光学放大器等领域具有广泛应用[[9], [10], [11], [12]]。

钒酸盐基质材料被认为是掺杂三价镧系离子的理想选择[13,14]。已知有许多含铋（Bi）和五价金属（如Ca、Cd、Cu、Zn、Mn、Pb）的氧化物，其通式为BiM(II)₂M(V)O₆。其中，M(II)为Ca、Cd、Cu、Zn、Mn、Pb的钒酸盐已被广泛研究[[15], [16], [17], [18]]。这些化合物因具有微波介电、光催化、发光、磁性和非线性光学特性而受到全球研究人员的关注[19], [20], [21], [22]。BiZn₂VO₆这一化合物最早由Huang和Sleight在1992年提出[23]，随后Bosacka等人对其进行了研究，确认该体系仅存在BiZn₂VO₆一种相，并指出该化合物在805 °C时发生非共熔[24]。此前，它曾被称为Pucherite，属于正交结构矿物[25]。Elhag等人[26]证实了Huang和Sleight所描述的该化合物的发光特性。

尽管BiZn₂VO₆具有光催化和微波介电特性，但迄今为止尚未有相关发光研究，尽管其内在发光现象已被报道。据报道，BiZn₂VO₆的带隙约为2.4 eV，并在可见光区域有吸收，因此由于自吸收可能无法在蓝光区域产生发光。然而，它仍可在近红外（NIR）区域实现发光。Nd³⁺是一种常见的近红外发光离子。因此，我们决定研究掺杂Nd³⁺的BiZn₂VO₆的发光特性，并在此报告和讨论了研究结果。

实验部分

材料合成和表征技术的详细信息已在我们的先前文章[27]中描述，以下为关键内容。

结构和形态特性

确认形成了所需的BiZn₂VO₆相非常重要。结果如图1(a)所示。

为此，我们采用了Rietveld精修方法，精修后的晶格参数为：a = 6.883 ?, b = 5.729 ?, c = 8.906 ?, α = 90.989°, β = 130.13°, γ = 99.548°；晶胞体积为261.1704 ?³。参数R_p = 6.98, R_wp = 7.16%，χ² = 1.236，进一步证明了制备的是纯BiZn₂VO₆相。

Bosacka等人[24]也报道了该化合物的相关信息。

结论

本文介绍了含有Nd³⁺的BiZn₂VO₆的合成和近红外发光特性。通过反射光谱测量得出其带隙为2.58 eV。PL（光致发光）的主要特征线位于1070 nm。该化合物的发光可以通过Nd³⁺的f-f跃迁激发。值得注意的是，该体系未观察到明显的基质敏化效应，而钒酸盐通常具有高效的能量传递能力。

作者贡献声明

Supriya Kshetrapal：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、数据管理、概念构思。 Nilesh Ugemuge：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、监督、资金获取、数据分析、概念构思。 H.S. Ahamad：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、软件应用。 Roshani Bhagat：资源协调、方法设计、实验实施、数据管理。 Renuka Nafdey：初稿撰写、软件应用、实验设计。 Chhatrasal：

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。

致谢

感谢免费使用Vesta软件[36]。