稀土掺杂的Y2（MoO4）3蓝、绿上转换荧光粉的合成与光谱性质研究

论文摘要

上转换发光材料是在长波长激发下,发出短波长的一种发光材料。它们大多属于稀土掺杂的无机材料,如Er3+／Yb3+共掺杂的Y2O3、NaYF4等。上转换发光材料在980 m红外光激发下,能发出不同颜色的可见光。稀土离子掺杂的上转换发光材料在三维显示、光数据存储、医疗诊断、传感器、激光和光放大器等领域有着广泛的应用前景,因此在过去的几十年中被广泛的研究。本论文分别采用共沉淀法和高温固相法制备了Er3+／Yb3+共掺杂的Y2（MoO4）3纳米相和体相荧光粉,并对它们的上转换发光特性做了系统的讨论。此外,还用固相法合成了Tm3+／Yb3+共掺杂的Y2（MoO4）3体相荧光粉,对其上转换发光特性进行分析。具体内容如下：用共沉淀法制备了不同浓度的Er3+／Yb3+共掺杂的Y2（MoO4）3纳米相荧光粉,对样品的结构和形貌进行了表征。实验发现低和高Yb3+掺杂浓度样品中,上转换发光均为双光子过程。在低Yb3+掺杂浓度样品中,绿光强度比2H11／2→4I15／2／4S3／2→4I15／2随着泵浦电流的增加基本不变；而在高Yb3+掺杂浓度样品中,随着泵浦电流的增加,绿光强度比增大。我们根据上转换发光机制的分析建立了上转换发光的速率方程,得到了上转换发光强度与掺杂浓度的关系,并对实验结果进行了拟合,发现速率方程模型能够很好地解释这一体系的掺杂浓度与上转换发光强度关系。另外,我们用固相法制备了Er3+／Yb3+共掺杂的Y2（MoO4）3体相荧光粉,对其上转换发光强度与LD泵浦电流和掺杂离子浓度的关系进行了讨论,还对纳米相和体相两种荧光粉的实验结果进行了比较。用固相法制备了Tm3+／Yb3+共掺杂的Y2（MoO4）3体相荧光粉,并对上转换发光强度与LD泵浦电流的关系进行了研究。通过研究发现,在不同Tm3+和Yb3+掺杂浓度样品中,蓝光和红光的上转换发光均为三光子过程,红外光均为双光子过程。还对上转换发光强度与Tm3+和Yb3+浓度的依赖关系进行了研究。结果表明,随着Tm3+或Yb3+离子浓度的增加,上转换发光强度都是先增强后减弱,且随Tm3+浓度的变化剧烈,而随Yb3+浓度的变化较缓慢。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 稀土发光材料简介
• 1.2 稀土离子的能级
• 1.2.1 稀土离子的简介
• 1.2.2 稀土离子的电子结构和光谱项
• 1.3 上转换发光概述
• 1.3.1 与上转换发光相关的基本概念
• 1.3.2 国内外研究进展
• 1.3.3 上转换发光的机理
• 1.3.4 上转换发光材料中稀土离子的掺杂
• 1.3.5 多光子过程中光子数、激发功率及上转换发光强度三者的关系
• 1.3.6 稀土上转换发光的基质材料
• 1.3.7 上转换发光材料的效率
• 3+/Yb³⁺掺杂材料中的能量传递和上转换发光'>1.3.8 Er³⁺/Yb³⁺掺杂材料中的能量传递和上转换发光
• 3+/Yb³⁺掺杂材料中的能量传递和上转换发光'>1.3.9 Tm³⁺/Yb³⁺掺杂材料中的能量传递和上转换发光
• 1.4 稀土掺杂材料的合成及表征方法
• 1.4.1 合成方法
• 1.4.2 表征方法
• 1.4.2.1 结构表征
• 1.4.2.2 形貌表征
• 1.4.2.3 光学表征
• 1.5 上转换材料的应用
• 1.5.1 上转换激光器
• 1.5.2 上转换三维立体显示
• 1.5.3 防伪技术
• 3+/Yb³⁺共掺杂的Y₂（MoO₄）₃纳米相荧光粉的上转换发光特性'>第二章 Er³⁺/Yb³⁺共掺杂的Y₂（MoO₄）₃纳米相荧光粉的上转换发光特性
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 样品的制备
• 2.2.2 样品的表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 样品的结构特性及形貌特征
• 3+离子的上转换发光强度对激发功率密度的依赖关系'>2.3.2 Er³⁺离子的上转换发光强度对激发功率密度的依赖关系
• 2H_11/2→⁴I_15/2/⁴S_3/2→⁴I_15/2的强度比对LD泵浦电流的依赖关系'>2.3.3²H_11/2→⁴I_15/2/⁴S_3/2→⁴I_15/2的强度比对LD泵浦电流的依赖关系
• 2.3.4 上转换发光强度与yb3+掺杂浓度的依赖关系
• 2.4 本章小结
• 3+/Yb³⁺共掺杂的Y₂（MoO₄）₃体相荧光粉的上转换发光特性'>第三章 Er³⁺/Yb³⁺共掺杂的Y₂（MoO₄）₃体相荧光粉的上转换发光特性
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 样品的制备
• 3.2.2 样品的表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 样品的结构特性
• 3.3.2 上转换发光强度与LD泵浦电流的关系
• 3.3.3 上转换发光机理的分析
• 3.3.4 上转换发光强度与掺杂离子浓度的关系
• 3.4 本章小结
• 3+/Yb³⁺共掺杂的纳米相及体相Y₂（MoO₄）₃上转换发光特性比较'>第四章 Er³⁺/Yb³⁺共掺杂的纳米相及体相Y₂（MoO₄）₃上转换发光特性比较
• 4.1 样品的结构特性
• 4.2 上转换发光强度与LD泵浦电流的关系
• 2H_11/2→⁴I_15/2/⁴S_3/2→⁴I_15/2发光强度比与LD泵浦电流的关系'>4.3²H_11/2→⁴I_15/2/⁴S_3/2→⁴I_15/2发光强度比与LD泵浦电流的关系
• 4.4 上转换发光强度与掺杂离子浓度的关系
• 4.5 本章小结
• 3+/Yb³⁺共掺杂的Y₂（MoO₄）₃体相荧光粉的上转换发光特性'>第五章 Tm³⁺/Yb³⁺共掺杂的Y₂（MoO₄）₃体相荧光粉的上转换发光特性
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 样品的制备
• 5.2.2 样品的表征
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 样品的结构特性
• 5.3.2 上转换发光强度与泵浦电流的关系
• 5.3.3 上转换发光机制的分析
• 5.3.4 上转换发光强度与掺杂离子浓度的关系
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文
• 致谢