稀土掺杂固体化合物三基色上转换荧光粉的研制

论文摘要

本论文主要采用固相法制备Er3+／Yb3+离子掺杂的复合氟化物、Tm3+／Yb3+离子掺杂的复合氟化物、以及Er3+／Yb3+离子掺杂的氯氧化物和氟氧化物的上转换荧光粉，系统探讨离子掺杂浓度、荧光粉基质材料以及热处理工艺等对荧光粉性能的影响，并对影响上转换荧光粉性能的发光机理进行初步探讨。采用固相法制备可由980nm激光器上转换用绿色荧光粉NaYF4：Er3+／Yb3+，通过两步法制备高纯度的六方相NaYF4，并改变激活剂Er3+离子浓度和敏化剂Yb3+离子浓度，调节绿光和红光的相对强度比，得到高纯度的绿色荧光粉；比较了NaF和Na2SiF6两种不同原料对荧光粉性能的影响，发现用NaF制备样品的发光强度比用Na2SiF6的高，故选用NaF作为原料之一；采用不同的热处理工艺改善荧光粉的发光性能，发现在575℃保温8h后的荧光粉绿色发光最强，650℃热处理后样品出现由六方相向立方相转变，立方相的出现使荧光强度下降很多；为进一步优化NaYF4：Er3+／Yb3+的荧光性能，采用正交实验对Er3+和Yb3+的取代量、热处理温度及保温时间优化后，分别掺入Yb3+离子和Er3+离子为20mol％和1mol％并在600℃保温6h，获得了最佳的绿色发光强度。采用固相法制备可由980nm激光器上转换用蓝色荧光粉NaYF4：Tm3+／Yb3+，改变激活剂Tm3+离子浓度和敏化剂Yb3+离子浓度，调节蓝光和红光的相对强度比值，得到高纯度发光的蓝色荧光粉；还直接采用敏化剂做基质制备NaYbF4：Tm荧光粉，并对比了NaYF4：Tm3+／Yb3+和NaYbF4：Tm两类荧光粉的上转换发光性能，NaYbF4：Tm体系中Tm3+离子最佳浓度为0．4mol％，相比NaYF4：Yb0．30,Tmx体系中Tm3+的最佳浓度量上升，而且样品NaYF4：Yb0．4,Tm0．002的蓝光发射强度大于NaYbF4：Tm0．004。采用固相法制备YOCl：Yb,Er和YOF：Yb,Er体系的红色上转换荧光粉，发现氧原子引入后，样品的红光发射强度明显强于绿光；在YOCl：Yb,Er体系中，Er3+离子和Yb3+的取代量分别为2mol％和20mol％时，红光的发光强度最强；由于氯氧化物的荧光性能不稳定，本论文又研制了Er3+／Yb3+共掺杂YF3-YOF荧光粉，纯相YF3：Yb0.2，Er0．02的发光强度很低，随着YF3量减小而YOF量的增多，红光的强度不断增大，红绿光的比值也不断增大，当样品为纯YOF时，红光强度达到最大，其红绿光比值为3．75。针对实验中出现的影响上转换荧光性能的因素，本论文最后部分从晶体结构、能带理论、荧光光谱对其发光机理进行一定程度的探讨。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 上转换荧光机理
• 1.2 影响上转换发光的因素
• 1.3 上转换发光材料的种类
• 1.4 上转换荧光性能的研究现状
• 1.5 上转换材料的应用前景
• 1.6 本文的研究思路与研究内容
• 第二章 制备工艺及表征方法
• 2.1 原材料
• 2.2 制备工艺
• 2.3 荧光材料的表征方法
• 4（Ln=Y,Yb,Er）绿光荧光粉的制备及性能'>第三章 复合化合物NaLnF₄（Ln=Y,Yb,Er）绿光荧光粉的制备及性能
• 4F的不同加入量对合成YF₃相的影响'>3.1 氟化剂NH₄F的不同加入量对合成YF₃相的影响
• 3.1.1 粉末晶体结构分析
• 4:Yb³⁺,Er³⁺性能的影响'>3.2 氟化钠NaF的不同加入量对NaYF₄:Yb³⁺,Er³⁺性能的影响
• 3.2.1 荧光粉晶体结构分析
• 3.2.2 荧光粉微观形貌观察
• 3.2.3 荧光粉荧光性能检测
• 4:Yb³⁺,Er³⁺性能的影响'>3.3 激活剂Er取代量对NaYF₄:Yb³⁺,Er³⁺性能的影响
• 3.3.1 荧光粉晶体结构分析
• 3.3.2 荧光粉荧光性能检测
• 4:Yb³⁺,Er³⁺性能的影响'>3.4 敏化剂Yb取代量对NaYF₄:Yb³⁺,Er³⁺性能的影响
• 3.4.1 荧光粉晶体结构分析
• 3.4.2 荧光粉荧光性能检测
• 2SiF₆对荧光粉NaYF₄:Yb_0.2³⁺,Er_0.02³⁺性能影响的比较'>3.5 NaF与Na₂SiF₆对荧光粉NaYF₄:Yb_0.2³⁺,Er_0.02³⁺性能影响的比较
• 3.5.1 荧光粉晶体结构分析
• 3.5.2 荧光粉微观形貌观察
• 3.5.3 荧光粉荧光性能检测
• 3.6 不同热处理条件对荧光粉性能的影响
• 3.6.1 荧光粉晶体结构分析
• 3.6.2 荧光粉微观形貌观察
• 3.6.3 荧光粉荧光性能检测
• 4荧光粉相变分析'>3.6.4 NaYF₄荧光粉相变分析
• 4:Yb,Er的正交试验'>3.7 荧光粉NaYF₄:Yb,Er的正交试验
• 4（Ln=Y,Yb,Er）的下转换光谱性质'>3.8 复合化合物NaLnF₄（Ln=Y,Yb,Er）的下转换光谱性质
• 3.9 小结
• 4（Ln=Y,Yb,Tm）绿光荧光粉的制备及性能'>第四章 复合化合物NaLnF₄（Ln=Y,Yb,Tm）绿光荧光粉的制备及性能
• 4:Yb³⁺,Tm³⁺性能的影响'>4.1 NaF的不同加入量对NaYF₄:Yb³⁺,Tm³⁺性能的影响
• 4.1.1 荧光粉晶体结构分析
• 4.1.2 荧光粉微观形貌观察
• 4.1.3 荧光粉荧光性能检测
• 4:Yb³⁺,Tm³⁺性能的影响'>4.2 激活剂Tm取代量对NaYF₄:Yb³⁺,Tm³⁺性能的影响
• 4.2.1 荧光粉晶体结构分析
• 4.2.2 荧光粉荧光性能检测
• 4:Yb³⁺,Tm³⁺性能的影响'>4.3 敏化剂Yb取代量对NaYF₄:Yb³⁺,Tm³⁺性能的影响
• 4.3.1 荧光粉晶体结构分析
• 4.3.2 荧光粉荧光性能检测
• 4:Tm³⁺性能的影响'>4.4 激活剂Tm取代量对NaYbF₄:Tm³⁺性能的影响
• 4.4.1 荧光粉晶体结构分析
• 4.4.2 荧光粉荧光性能检测
• 4（Ln=Y,Yb,Tm）的下转换光谱性质'>4.5 复合化合物NaLnF₄（Ln=Y,Yb,Tm）的下转换光谱性质
• 4.6 小结
• 第五章 上转换红色荧光粉的制备及其性能
• 4:Er的制备及性能'>5.1 荧光粉NaYbF₄:Er的制备及性能
• 5.1.1 荧光粉晶体结构分析
• 5.1.2 荧光粉荧光性能检测
• 5.2 荧光粉YOCl:Yb,Er的制备及性能
• 5.2.1 激活剂Er离子对YOCl:Yb,Er性能的影响
• 5.2.1.1 荧光粉晶体结构分析
• 5.2.1.2 荧光粉微观形貌观察
• 5.2.1.3 荧光粉荧光性能检测
• 5.2.2 敏化剂Yb离子对YOCl:Yb,Er性能的影响
• 5.2.2.1 荧光粉晶体结构分析
• 5.2.2.2 荧光粉荧光性能检测
• 5.2.3 不同热处理温度对荧光粉性能的影响
• 5.2.3.1 荧光粉晶体结构分析
• 5.2.3.2 荧光粉微观形貌观察
• 5.2.3.3 荧光粉荧光性能检测
• 0.2³⁺,Er_0.02³⁺的制备及性能'>5.3 荧光粉YOF:Yb_0.2³⁺,Er_0.02³⁺的制备及性能
• 5.3.1 荧光粉晶体结构分析
• 5.3.2 荧光粉荧光性能检测
• 5.4 上转换荧光粉在光纤端头的发光情形
• 5.5 小结
• 第六章 上转换荧光粉的发光机理探讨
• 6.1 引言
• 3+和Yb³⁺离子的光谱性能'>6.2 稀土Er³⁺和Yb³⁺离子的光谱性能
• 3+离子和Yb³⁺离子的能级跃迁及能量传递过程'>6.2.1 稀土Er³⁺离子和Yb³⁺离子的能级跃迁及能量传递过程
• 3+和Yb³⁺离子浓度对荧光性能的影响'>6.2.2 Er³⁺和Yb³⁺离子浓度对荧光性能的影响
• 3+和Yb³⁺离子的光谱性能'>6.3 稀土Tm³⁺和Yb³⁺离子的光谱性能
• 3+离子和Yb³⁺离子的能级跃迁及能量传递过程'>6.3.1 稀土Tm³⁺离子和Yb³⁺离子的能级跃迁及能量传递过程
• 3+和Yb³⁺离子浓度对荧光性能的影响'>6.3.2 Tm³⁺和Yb³⁺离子浓度对荧光性能的影响
• 6.4 基质材料不同对上转换荧光粉荧光性能的影响
• 6.4.1 基质对称性不同对荧光粉荧光性能的影响
• 6.4.2 基质晶体结构不同对荧光粉荧光谱图的影响
• 6.4.3 氧引入对荧光粉荧光性能的影响
• 3+离子和Tm³⁺离子下转换荧光性质的机理讨论'>6.5 稀土Er³⁺离子和Tm³⁺离子下转换荧光性质的机理讨论
• 3+离子下转换荧光性质的机理讨论'>6.5.1 Er³⁺离子下转换荧光性质的机理讨论
• 3+离子下转换荧光性质的机理讨论'>6.5.2 Tm³⁺离子下转换荧光性质的机理讨论
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 发表论文情况