近日，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所先進(jìn)激光與光電功能材料部研究團(tuán)隊(duì)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(shí)現(xiàn)了Eu²⁺離子的f→f躍遷發(fā)光。相關(guān)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(jí)結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的光學(xué)性能，在激光材料、照明技術(shù)等領(lǐng)域發(fā)揮著關(guān)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(jià)稀土離子（如Nd³⁺、Yb³⁺等），其激光輸出波長(zhǎng)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4f⁶5d¹激發(fā)態(tài)吸收較強(qiáng)，難以實(shí)現(xiàn)激光輸出。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在某些特定的弱晶場(chǎng)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。

研究團(tuán)隊(duì)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4f⁶5d¹→4f⁷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(duì)應(yīng)于Eu²⁺的4f⁷→4f⁷躍遷。為了探究Eu²⁺光學(xué)躍遷從4f⁶5d¹→4f⁷轉(zhuǎn)變?yōu)?f⁷→4f⁷的機(jī)制，研究團(tuán)隊(duì)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(duì)玻璃和微晶玻璃進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，Eu²⁺離子從強(qiáng)晶體場(chǎng)強(qiáng)度的玻璃相進(jìn)入弱晶體場(chǎng)強(qiáng)度的BaAlBO₃F₂（BABF）晶體中的Ba²⁺位點(diǎn)，導(dǎo)致了光學(xué)躍遷類型的轉(zhuǎn)變。

這項(xiàng)研究首次在微晶玻璃材料中實(shí)現(xiàn)了Eu²⁺的f→f躍遷發(fā)光，為Eu²⁺離子的光學(xué)躍遷機(jī)制提供了新的見解，具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)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(lǐng)域的潛在應(yīng)用價(jià)值。此外，這種材料的長(zhǎng)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(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。

圖片:W020250307512366780808_ORIGIN.png

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。

相關(guān)工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的支持。

原文鏈接：https://doi.org/10.1039/D4TC01873G