论文摘要
我国稀土资源丰富,稀土产业在世界稀土市场上占有举足轻重的地位。近年来,随着稀土分离、提纯技术的进步和相关技术的促进,稀土功能材料特别是稀土发光材料的研究和应用得到了显著的发展。上转换发光现象是稀土元素所特有的性质之一,如何选择合适的基质以获得较高的上转换发光效率和性能优异的上转换发光材料是稀土上转换发光领域中的研究热点之一。本文以寻找高效的氧化物上转换基质材料为目标,探讨了在纳米二氧化钛基质中稀土离子在980nm激光器激发下的上转换发光特性,主要考察了纳米二氧化钛基质中共掺杂Er3+/Yb3+和Tm3+/Yb3+两种体系中,焙烧温度、晶相结构、晶粒大小、掺杂浓度、激发温度、激光泵浦功率等因素对上转换发光的影响,并对上转换发光机制做了进一步探讨。得到以下结论:1.在纳米TiO2基质中共掺入稀土Er3+和Yb3+,以980nm激光为泵浦光源,可分别获得位于525nm,550nm和660nm红、绿上转换发光。在TiO2纳米晶中共掺入稀土Tm3+和Yb3+,可获的476nm较强的蓝色和650nm的红色,及500nm微弱的绿色上转换发光。稀土离子掺入到纳米TiO2晶格中,对二氧化钛的的晶型和晶粒大小都有影响。2.由于Yb3+离子特殊的能级结构,它对Er3+离子和Tm3+的上转换发光有敏化作用,双掺时上转换发光强度较单掺Er3+和Tm3+时明显增强。3.随焙烧温度的升高,稀土离子的上转换发光强度增强。4.随着稀土离子浓度的增加,上转换发光强度增大,但是当掺杂Er3+或Yb3+离子的浓度达到15mol%时,再增加另一种离子的浓度,发光强度则减弱;当Tm3+的浓度为0.2mol%时,Yb3+的浓度达到2mol%时,发光强度开始减弱,产生浓度猝灭现象。5.随泵浦功率的增大,上转换发光光谱相似,发光强度逐渐增强。6.随激发温度的升高,上转换发光光谱相似,上转换发光强度依次下降。7.通过分析上转换发光的积分强度与泵浦功率的关系,我们发现Er3+/Yb3+共掺TiO2纳米晶体上转换绿光和红光发射,Tm3+/Yb3+共掺TiO2纳米晶体上转换蓝光和红光发射均为双光子吸收过程。