四方相LiY（Yb）F4：Yb3+/Er3+晶体颗粒的合成及上转换荧光光谱的研究

论文摘要

稀土离子掺杂的发光材料不仅具备稀土离子良好的光谱学性质,而且发光材料在固体激光器,光学通讯,灯光照明,显示器件以及太阳能电池等领域有着巨大的应用价值。因此,研究各种稀土掺杂发光材料的发光性质,并提高其发光效率成为研究发光材料的主题。本文采用水热法分别合成了四方相LiYF4:Yb3+/Er3+和LiYbF4:Yb3+/Er3+的八面体晶体颗粒,并通过X射线衍射（XRD）,环境扫描电镜（SEM）,荧光光谱观测等途径对其晶相、形貌及上转换荧光光谱等进行了研究。研究结果表明：EDTA（乙二胺四乙酸）表面活性剂的引入导致了样品平均粒径和结晶度的变化及发光强度等的变化。在波长为980.0nm激光的激发下,观测到了源于2H11/2→4I15/2和4S3/2→4I15/2能级跃迁的绿色上转换荧光发射、4F9/2→4I15/2能级跃迁的红光发射和2H9/2→4I15/2能级跃迁所产生的微弱紫光发射。分析了Er3+单掺和Yb3+/Er3+共掺LiYF4的上转换发光机理和基质变化对上转换荧光性质的影响。第一部分：四方相LiY（Yb）F4:Yb3+/Er3+晶体颗粒的合成及上转换荧光光谱研究采用水热法制备的Yb3+/Er3+共掺LiYF4和LiYbF4晶体是具有四方相的八面体颗粒。分析了样品的XRD （X-射线衍射）谱,SEM（扫描电镜）图和上转换荧光光谱。实验结果表明,EDTA的引入导致了样品平均粒径、表面形貌、结晶度和发光强度等的变化。从SEM图中我们可以清楚的观测到添加了EDTA的晶体颗粒表面更光滑,形貌更规整,尺寸分布更均匀,而没有添加EDTA的晶体颗粒表面凹凸不平,且形貌不规则。并且经过实验所得没有添加了表面修饰剂EDTA的样品发光比添加了EDTA的样品的发光要好的多。同时分析了基质变化对荧光的调控作用,结果表明在980.0nm激发光激发下LiYF4:Yb3+/Er3+发射绿色荧光,而LiYbF4:Yb3+/Er3+发射黄色荧光。第二部分：Er3+单掺和Yb3-/Er3+共掺LiYF4晶体颗粒的上转换荧光发射及Yb3+的浓度对Er3+离子的荧光强度的影响本实验使用水热法制备了Er3+单掺和Yb3+/Er3+共掺LiYF4晶体颗粒。由光谱测量结果可知,在Er3+单掺和Yb3+/Er3+共掺LiYF4晶体颗粒,Yb3+的掺入对Er3+的荧光发射有显著的增强作用,分析了由能级劈裂产生的多条谱线。并分析讨论了在980.0nm的激光的激发下,Er3+单掺和Yb3-/Er3+共掺LiYF4晶体颗粒的上转换发光机制。分析当Yb3+的浓度从0mo1%增加到20mo1%时,样品的荧光强度持续增强,当Yb3-浓度增加到20mo1%时,荧光强度达到最大,可是当Yb3+离子的浓度再持续增加时,荧光出现减弱现象。可能原因是样品中有更多的Y3+所在格位被Yb3+离子所替换,使晶体中的Yb3+和Er3+之间的距离变近,离子间相互作用增强,使得Yb3+离子激发态能级寿命变短,因此,造成了荧光强度减弱。还有样品中有可能含有一些其它未分离出的杂质,使能量传递给杂质离子而形成猝灭中心,或是激活离子与基质间存在相互作用而将能量传递给晶格缺陷等,都会引起荧光的减弱。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 稀土元素的结构特点与价态
• 1.2.1 稀土元素概述
• 1.2.2 稀土元素的电子结构特点
• 1.2.3 稀土元素价态变化的周期性
• 1.3 稀土上转换发光材料
• 1.3.1 发光材料
• 1.3.2 稀土发光材料
• 1.3.3 稀土上转换发光材料的发光机理
• 1.4 基质材料
• 1.5 本文研究的目的、内容和创新点
• 1.5.1 研究目的
• 1.5.2 研究内容
• 1.5.3 创新点
• 第2章 稀土掺杂上转换发光材料的合成和光谱测量方法
• 2.1 引言
• 2.2 稀土荧光材料的制备和表征
• 2.2.1 水热法的制备过程
• 2.2.2 样品的表征
• 2.3 荧光光谱测量
• 2.3.1 光谱学
• 2.3.2 基于时域的光谱测量
• 2.3.3 基于频域的光谱测量
• 2.4 实验设计与注意事项
• 4：Yb³⁺/Er³⁺晶体颗粒的合成及基质变化对荧光的影响'>第3章 LiY（Yb）F₄：Yb³⁺/Er³⁺晶体颗粒的合成及基质变化对荧光的影响
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验原料
• 3.2.2 实验过程
• 3.2.3 样品的表征
• 3.3 实验结果及讨论
• 4：Yb³⁺/Er³⁺和LiYbF₄：Yb³⁺/Er³⁺晶体颗粒上转换荧光的影响'>3.3.1 EDTA对LiYF₄：Yb³⁺/Er³⁺和LiYbF₄：Yb³⁺/Er³⁺晶体颗粒上转换荧光的影响
• 3.3.2 基质变化对上转换发光的影响
• 3.4 小结
• 4基质中Yb³⁺浓度对Er³⁺的荧光强度的影响'>第4章 在LiYF₄基质中Yb³⁺浓度对Er³⁺的荧光强度的影响
• 4.1 引言
• 4.2 实验过程
• 4.2.1 实验原料
• 4.2.2 实验过程
• 4.2.3 样品光谱测量
• 4.3 实验结果
• 4：Er³⁺和LiYF₄：Yb³⁺/Er³⁺的荧光光谱及发光机理'>4.3.1 980.0 nm激光激发LiYF₄：Er³⁺和LiYF₄：Yb³⁺/Er³⁺的荧光光谱及发光机理
• 3+离子对于Er³⁺离子荧光强度的影响'>4.3.2 不同浓度Yb³⁺离子对于Er³⁺离子荧光强度的影响
• 4.4 小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间成果