近日，中国科学院上海光学精密机械研究所（简称“上海光机所”）先进激光与光电功能材料部的研究团队，在新型透明发光微晶玻璃材料领域取得了重要突破。该团队成功制备了一种含有Eu²⁺离子的透明微晶玻璃，并首次在该材料中实现了Eu²⁺离子的f→f跃迁发光。这一研究成果以题为“f → f transition luminescence of Eu²⁺ in barium-aluminum-borate oxyfluoride glass ceramics”，发表于《材料化学杂志C》（Journal of Materials Chemistry C）上。

稀土元素及其在现代科技中的应用

稀土元素因其独特的电子结构而具备了广泛的工业用途。特别是对于那些具有丰富能级结构和优异光学性能的稀土离子来说，它们在激光材料、照明技术等领域扮演着不可或缺的角色。然而，目前能够实现高效激光输出的稀土离子主要集中在三价态，如Nd³⁺、Yb³⁺等，这些离子的激光输出波长大多位于红外区域。相比之下，尽管Eu²⁺离子在多种基质材料中展现了出色的5d→4f跃迁发光效率，但由于其较高的激发态吸收，使得利用Eu²⁺进行激光输出面临挑战。

新型透明微晶玻璃材料的研发背景

为了克服上述难题，上海光机所的研究团队致力于探索一种能够在特定条件下促进Eu²⁺离子表现出f→f跃迁发光的方法。经过一系列实验，研究人员发现，在某些弱晶体场环境中，Eu²⁺离子确实可以展示出这种特殊的跃迁现象。基于此发现，研究团队通过还原气氛下的高温熔融法制造了掺杂Eu²⁺的玻璃，并进一步通过析晶热处理得到了透明微晶玻璃。

实验结果及分析

荧光光谱分析表明，在原始玻璃中，Eu²⁺仅表现出宽泛的宽带发光特性（半高宽≈136 nm），这对应于4f⁶5d¹→4f⁷跃迁。而在经过适当的热处理后形成的微晶玻璃中，则观察到了一条位于359 nm处的线状发光峰（半高宽≈2.8 nm），这是由于Eu²⁺离子从强晶体场强度的玻璃相迁移至弱晶体场强度的BaAlBO₃F₂（BABF）晶体内的Ba²⁺位点，从而导致了从4f⁶5d¹→4f⁷到4f⁷→4f⁷跃迁类型的转变。

为进一步验证这一机制，研究团队运用了包括X射线衍射（XRD）、拉曼光谱以及电子顺磁共振（EPR）在内的多种分析技术对样品进行了详细考察。结果证实了Eu²⁺离子位置变化对其光学性质的影响，揭示了Eu²⁺在不同晶体场强度下表现不同的跃迁行为。

新型材料的应用前景

此次研究不仅为理解Eu²⁺离子的光学跃迁机制提供了新的视角，而且也为开发新型紫外固体激光材料开辟了道路。特别是，Eu²⁺离子在UVA区域（320-380 nm）的线状发光特性，使其成为潜在的UVA光疗灯的理想候选者。此外，该材料的长荧光寿命和窄带发光特性还预示着它在紫外固体激光器、光谱校正等多个领域内有着广阔的应用前景。

微晶玻璃简介

微晶玻璃是一种由玻璃经受控制的结晶过程转化而成的材料，它结合了玻璃的成型优势和陶瓷的优良物理化学性质。相较于传统玻璃，微晶玻璃拥有更高的机械强度、更好的热稳定性和耐腐蚀性。近年来，随着人们对高性能光学材料需求的增长，微晶玻璃因其可调控的微观结构和光学性能而受到越来越多的关注。

上海光机所此次关于Eu²⁺掺杂透明微晶玻璃的研究成果，标志着在探索新型光学材料方面迈出了重要的一步。未来，随着对该类材料深入理解和工艺改进，有望推动更多基于稀土离子的创新产品问世，为提升我国乃至全球的激光技术和医疗设备水平贡献力量。