硒化物玻璃中受共振泵浦的Nd3+离子在中红外激光器性能上的表现

《Journal of Luminescence》：Mid-infrared laser performance of resonantly pumped Nd3+ in selenide glass

Mn掺杂NaBiF4材料通过室温反向沉淀法合成，XRD和Rietveld分析证实结构完整且Mn2?成功掺杂，PL光谱显示发光峰随掺杂浓度红移至560nm且无淬灭效应，辐照测试表明其具备优异辐射探测性能和稳定性。

　　本研究重点探讨了Mn掺杂NaBiF?材料的结构、电子和发光特性。通过采用一步逆沉淀法在常温下合成Mn掺杂的NaBiF?样品，该方法不仅操作简便，而且避免了使用稀土金属作为激活离子，从而显著降低了材料的生产成本。这一策略在当前的类似材料研究中尚属首次，为未来开发低成本、高性能的发光材料提供了新的思路。

在材料合成过程中，研究人员利用了多种分析手段来深入理解Mn掺杂对NaBiF?性能的影响。首先，通过X射线衍射（XRD）结合Rietveld精修方法，确认了Mn离子成功掺入NaBiF?晶格中。实验结果显示，随着Mn掺杂浓度的增加，晶格参数略有下降，这表明Mn离子的引入对晶格结构产生了影响。然而，这种影响并未导致材料的结构失稳，反而说明了Mn离子能够很好地融入NaBiF?的晶格中。此外，XPS分析进一步验证了Mn离子的价态为+2，为后续的发光特性研究提供了基础。

在发光性能方面，研究团队通过光致发光（PL）激发和发射光谱以及辐射发光（RL）测试，全面评估了Mn掺杂对NaBiF?材料发光行为的影响。实验发现，未掺杂的NaBiF?样品在绿色区域表现出固有的宽带发射，其发射波长位于530 nm左右。随着Mn掺杂浓度的增加，发射波长逐渐向红光区域偏移，且发射强度显著增强。这一现象表明，Mn2?离子在NaBiF?晶格中起到了重要的发光中心作用。值得注意的是，PL发射强度与Mn掺杂浓度之间的关系并未出现淬灭效应，这说明Mn离子的掺杂并未对材料的发光效率造成负面影响，反而在一定范围内提升了发光性能。

此外，研究团队还对掺杂样品的辐射发光特性进行了测试。结果显示，5% Mn2?掺杂的NaBiF?样品在低剂量率（0.3 mGy/s）的X射线照射下，依然能够产生明显的发光信号。这表明该材料在X射线成像领域具有潜在的应用价值。同时，样品在多次辐射照射循环中表现出良好的稳定性，即使在高剂量的X射线照射下，也未出现明显的结构损伤，进一步证明了其在辐射环境下的鲁棒性。

研究还发现，所有掺杂样品的色度坐标表明，随着Mn掺杂浓度的增加，发射波长并未发生明显偏移。这一结果表明，即使在较高掺杂浓度下，Mn2?离子对NaBiF?的发光特性影响有限，其发光光谱依然保持稳定。这种稳定性对于实际应用至关重要，因为它意味着材料在不同掺杂条件下仍能保持一致的发光性能，从而提升了其在光学传感、成像和检测等领域的可靠性。

NaBiF?作为一种氟化物材料，因其低声子能量（约350 cm?1）和大的反斯托克斯位移而受到广泛关注。这些特性使其成为光学温度测量、辐射发光以及内部照明设备等应用的理想候选材料。此外，NaBiF?的结构特性使其成为稀土元素掺杂材料的优秀基质。然而，稀土元素的使用往往伴随着较高的成本，限制了其在大规模生产中的应用。因此，开发能够替代稀土元素的掺杂材料成为当前研究的一个重要方向。

在这一背景下，Mn离子作为过渡金属元素，因其低成本、无毒性和易于掺杂的特性，成为一种极具潜力的替代方案。与稀土元素相比，Mn离子的原子序数更高，能够有效提升材料的X射线吸收能力，进而增强其发光性能。此外，Mn离子的氧化态和化学环境对发光颜色有重要影响，这一特性使其在发光材料的设计中具有较大的灵活性。例如，通过调控Mn离子的掺杂浓度和晶格结构，可以实现从绿色到红色乃至近红外区域的发光光谱调整。

近年来，Mn掺杂的氧化物和氟化物材料在多个领域展现出广阔的应用前景。在光电器件方面，Mn掺杂材料已被用于制造发光二极管（LEDs）、固态激光器等。在医学成像领域，Mn掺杂材料也被应用于剂量测量和成像技术中。这些应用表明，Mn离子作为一种高效的发光中心，能够为多种高性能材料的开发提供支持。

本研究中，通过一步逆沉淀法在常温下合成Mn掺杂的NaBiF?材料，不仅简化了合成过程，还有效降低了生产成本。这种方法避免了传统高温高压合成工艺的限制，使得材料的制备更加环保和高效。实验结果显示，与传统的溶剂热法相比，逆沉淀法在合成温度和时间上均有显著优势。具体而言，合成温度降低了85%，合成时间减少了99.8%，这为大规模生产提供了可能性。

为了进一步理解Mn离子在NaBiF?中的行为，研究团队还对材料的微观结构进行了深入分析。通过扫描电子显微镜（SEM）和XRD精修方法，研究人员确认了Mn离子在NaBiF?晶格中的分布情况。SEM图像显示，材料表面呈现出均匀的颗粒结构，表明Mn离子的掺杂并未破坏材料的微观形态。此外，XRD精修结果进一步验证了Mn离子的均匀分布，为材料的稳定性和性能一致性提供了理论支持。

在实际应用中，材料的发光性能和稳定性是衡量其是否适用于特定领域的关键指标。本研究中，Mn掺杂的NaBiF?样品在低剂量率的X射线照射下表现出良好的发光响应，这使其在医学成像、辐射检测和环境监测等领域具有重要的应用潜力。此外，材料在多次辐射照射循环中保持稳定，即使在高剂量的X射线照射下，也未出现结构损伤，这表明其在长期使用中具有较高的可靠性。

综上所述，本研究通过一步逆沉淀法成功合成了Mn掺杂的NaBiF?材料，并系统地分析了其结构、电子和发光特性。实验结果表明，Mn离子的掺杂不仅提升了材料的发光效率，还使其在X射线照射下表现出优异的性能。这一研究为开发低成本、高性能的发光材料提供了新的思路，并在辐射检测和成像领域具有重要的应用价值。未来，随着对Mn掺杂材料研究的深入，有望进一步拓展其在光学和辐射领域的应用范围。