碱金属离子与稀土离子共掺杂上转换硅酸盐玻璃陶瓷的研究

论文摘要

基于高效率的发光特性、良好透明度和光学均匀性,稀土掺杂透明氟氧化物玻璃陶瓷在激光和光纤通讯领域具有很好的应用前景,从而引起了研究者们的密切关注。氟氧化物玻璃陶瓷由氧化物玻璃和包含稀土离子的氟化物微晶组成。目前,氟化物微晶成份多为PbF2、BaF2、CaF2、ZnF2和CdF2等二价的氟化物,当三价的稀土离子进入到氟化物微晶中取代二价的金属离子,这将导致了电荷的失配,影响发光性质。碱金属离子可以起电荷补偿作用,另外,碱金属离子还是制作波导器件时起到离子交换作用。本文采用高温固相法制备了碱金属离子Na+（或K+）与稀土离子共掺的SiO2-PbO-PbF2玻璃和玻璃陶瓷样品。对样品进行差热分析（DSC）,X射线衍射分析（XRD）,吸收光谱以及上转换荧光光谱等测试分析,研究了碱金属离子Na+（K+）对Er3+离子单掺、Tm3+/Yb3+共掺的玻璃和玻璃陶瓷的热稳定性、微结构以及上转换发光的影响,研究内容如下:（1）第一部分研究了Na+（K+）/Er3+离子掺杂的硅酸盐玻璃陶瓷。XRD测试表明:Na+离子有利于结晶,玻璃陶瓷样品中析出的晶粒为β-PbF2。在980nmLD激发下,在玻璃陶瓷样品中可观察到红光（650nm）、绿光（520nm、545nm）和紫光（412nm）发射,掺入碱金属离子特别是掺Na+离子的玻璃陶瓷与其他样品相比,上转换发光显著增强;随着Er3+离子浓度的增加,掺Na+离子玻璃陶瓷的红绿光比值减小,而紫绿光比值增大。（2）第二部分首先研究了TmF3和YbF3掺杂的硅酸盐样品,出现退火前失透,退火后样品变透明的现象。根据XRD和TEM分析原因为:退火前大量23nm的微晶不均匀分布,积聚成约50nm的富晶区,从而导致样品失透,退火后形成了均匀的约10nm的晶粒。然后,K+/Tm2O3/Yb2O3共掺硅酸盐玻璃陶瓷样品中,K+离子提高了玻璃的热稳定性,促进了玻璃陶瓷中氟化物微晶的析出。在980nmLD激发下,所有样品均可检测到近红外光（790nm）、微弱红光（649nm）以及蓝光（476nm）上转换发射,特别是共掺0.5mol%Na+/0.1mol%TmO1.5/YbO1.5样品,在蓝光区域的上转换强度明显增加。本文研究表明碱金属离子Na+明显增加了稀土掺杂SiO2-PbO-PbF2玻璃和玻璃陶瓷样品的上转换发光强度,对上转换激光材料和光纤通讯方面具有潜在的应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 上转换发光材料的概述
• 1.2.1 上转换发光材料的发展
• 1.2.2 上转换发光机理
• 1.2.3 上转换发光材料的应用
• 1.2.4 上转换发光材料的分类
• 1.3 上转换透明玻璃陶瓷
• 1.3.1 氟氧化物玻璃基质和玻璃陶瓷
• 1.3.2 氟氧化物玻璃陶瓷的制备
• 1.3.3 氟氧化物微晶
• 1.4 本课题的选题背景和研究内容
• 第2章 实验与性能表征
• 2.1 实验流程
• 2.1.1 样品组分的称量与研磨
• 2.1.2 玻璃样品的制备
• 2.1.3 退火处理
• 2.2 玻璃陶瓷的性能表征
• 2.2.1 示差量热扫描法（DSC）
• 2.2.2 X-ray 物相分析
• 2.2.3 上转换光谱测量
• λ'>2.2.4 吸收光谱及J-O 参数Ω_λ
• +（K⁺）/Er³⁺共掺杂硅酸盐玻璃陶瓷的发光和机理研究'>第3章 Na⁺（K⁺）/Er³⁺共掺杂硅酸盐玻璃陶瓷的发光和机理研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 样品的热分析
• 3.3.2 碱金属离子对微晶的影响
• 3.3.3 碱金属离子对吸收光谱与J-O 参数的影响
• 3.3.4 碱金属离子对上转换光谱的影响
• 3+浓度变化的Na⁺/Er³⁺共掺玻璃陶瓷的上转换光谱'>3.3.5 稀土离子Er³⁺浓度变化的Na⁺/Er³⁺共掺玻璃陶瓷的上转换光谱
• 3.4 本章小结
• +（K⁺）/Tm³⁺/Yb³⁺共掺硅酸盐玻璃陶瓷的发光和机理研究'>第4章 Na⁺（K⁺）/Tm³⁺/Yb³⁺共掺硅酸盐玻璃陶瓷的发光和机理研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 微晶尺寸对上转换光谱的影响
• +离子对TmO_1.5/YbO_1.5 离子共掺玻璃陶瓷的影响'>4.3.2 K⁺离子对TmO_1.5/YbO_1.5离子共掺玻璃陶瓷的影响
• 3+离子浓度对上转换的影响'>4.3.3 Tm³⁺离子浓度对上转换的影响
• +（Na⁺）/0.1mol% TmO_1.5/YbO_1.5 共掺样品的上转换光谱'>4.3.4 K⁺（Na⁺）/0.1mol% TmO_1.5/YbO_1.5共掺样品的上转换光谱
• 4.4 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文