近日，中國科學院上海光學精密機械研究所高功率激光單元技術實驗室探究了Al³⁺對Mn²⁺摻雜高硅玻璃光致發光和輻致發光性能，相關研究成果以Effect of Al³⁺ on the Photoluminescence and Radioluminescence Properties of Mn²⁺-Doped High Silica Glass為題，發表在《國際陶瓷》（Ceramic International）上。

　　Al³⁺常作為共摻劑調節稀土離子的團簇，提高稀土離子在硅酸鹽玻璃中的發光效率，是熒光硅酸鹽玻璃不可或缺的一部分。與稀土離子Eu²⁺相似，過渡金屬離子Mn²⁺缺乏最外層電子屏蔽，對環境變化十分敏感，場強的微小變動會帶來發光的顯著改變。而Mn²⁺的離子半徑遠小于Eu²⁺的離子半徑，與Al³⁺離子半徑接近。因此，Mn²⁺研究Al³⁺對高硅玻璃中Mn²⁺熒光光譜的影響十分必要。

　　研究團隊利用分相法和燒結法，制備了Mn²⁺/Al³⁺、Eu²⁺/Mn²⁺共摻以及Eu²⁺/Mn²⁺/Al³⁺三摻的高硅氧玻璃，測試發現Al³⁺起到以下作用：一是通過物理集群分散效應，緩解Mn²⁺的團聚程度，從而提高稀土離子的發光效率；二是拓寬了Mn²⁺的激發光譜，并導致熒光中心紅移，有潛力成為照明、顯示和其他應用的高效WLED玻璃；三是對Al³⁺作用有了新認識，即Al³⁺以[AlO_4/2]^-1四面體的形式減少了NBO的相對數量，可以有效提高光致發光和輻射發光效率。玻璃中的NBO是高能輻射引起的電子空穴的復合中心，是決定輻射發光效率的關鍵因素。在此基礎上，研究人員完善了氧化物玻璃中輻射發光光子數的計算公式。玻璃的簡單組成和特殊結構有利于研究各種活性離子對發光的影響，而高硅氧玻璃正是探索各種發光活性離子行為的優良基質材料。

　　研究工作得到國家自然科學基金的支持。

　　論文鏈接 

　　圖1.（a）Eu²⁺/Mn²⁺共摻高硅氧玻璃中Eu²⁺、Mn²⁺原子的近鄰環境；（b）Eu²⁺/Mn²⁺/Al³⁺三摻高硅氧玻璃中原子的近鄰環境；（c）Eu²⁺/Mn²⁺共摻高硅氧玻璃的熒光發光原理圖；（d）Eu²⁺/Mn²⁺/Al³⁺三摻高硅氧玻璃的熒光發光原理圖

　　圖2.非橋氧對高硅氧玻璃閃爍發光的影響