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新型Nd~(3+)掺杂无机近红外发光材料的制备及发光性能

万垂铭  
【摘要】: 稀土Nd3+掺杂的近红外发光具有穿透深度大、线宽窄、背景小等特点,在生物分析标记物等方面有重要的应用前景。其应用的重要瓶颈是其近红外发光强度比较弱。通过敏化离子与Nd3+之间的能量传递是提高其近红外发光强度的重要方式。Eu2+具有4f→5d电偶极允许跃迁,可以高效地吸收激发光能量,并可能传递能量给Nd3+离子并敏化其发光。本文致力于研究Eu2+敏化的新型高效Nd3+掺杂近红外发光材料并探讨Eu2+对Nd3+近红外发光能量传递的机理。具体实验内容有: 用高温固相法制备了Ca2BO3Cl:Eu2+,Nd3+近红外发光材料,结果表明,Eu2+的掺入可提高Nd3+的近红外发光强度,Eu2+,Nd3+的掺杂量分别为0.03、0.05时,近红外发光最强。证明了Eu2+通过无辐射能量传递方式向Nd3+有效地传递了能量,对Nd3+近红外有很好的敏化作用。 用高温固相法制备了Ca3SiO4Cl2:Eu2+,Nd3+、Ca8Mg(SiO4)4Cl2:Eu2+,Nd3+发光材料,发现其中Eu2+对Nd3+的近红外发光存在敏化作用。研究了Eu2+、Nd3+的掺杂浓度对近红外发光性能的影响及相对强度变化的规律。考察了煅烧温度、煅烧时间对近红外发光性能的影响。在Ca8Mg(SiO4)4Cl2:Eu2+,Nd3+体系中,样品的近红外发光强度随着Eu2+的掺杂浓度的增大先增强后减弱,Eu2+的掺杂量为0.08时,近红外发光最强;Nd3+的掺杂浓度为0.10时,近红外发光最强。样品在煅烧温度为1100℃下煅烧3h,近红外发光最强。分析了Eu2+与Nd3+之间能量传递的机理:Eu2+具有4f→5d跃迁轨道,可以有效地吸收能量,并将能量转移到的Nd3+的能级上,发生能量传递,增强Nd3+的近红外发光。 用高温固相法制备了Sr4Si3O8Cl4:0.08Eu2+,0.08Nd3+发光材料,发现了该体系中Eu2+对Nd3+的近红外发光存在敏化作用,近红外发光强度提高了10倍左右,Eu2+向Nd3+的能量传递效率为19.7%。研究了Ca,Mg掺杂的Sr4Si3O8Cl4:0.08Eu2+,0.08Nd3+系列发光材料,随着Ca含量的增加,样品的近红外发光呈现逐渐增强的趋势。样品的近红外发光强度随着Mg含量的增加呈现逐渐减弱的趋势。 用固相法制备了LiSrPO4:Eu2+、LiCaPO4:Eu2+、KCaPO4:Eu2+、NaCaPO4:Eu2+系列的高效蓝色、绿色荧光粉,优化了各荧光粉的制备条件。其中,研究表明LiSrPO4:Eu2+随着掺杂量的变化出现不同的发光中心;LiCaPO4:Eu2+是一种新型高效蓝色荧光粉;掺杂少量的Y3+可提高KCaPO4:Eu2+荧光粉的发光强度。进一步研究了LiSrPO4:Eu2+,Nd3+、LiCaPO4:Eu2+,Nd3+、KCaPO4:Eu2+,Nd3+、NaCaPO4:Eu2+,Nd3+近红外发光材料,考察了不同Eu2+发射波长对Nd3+近红外发光的敏化效果;系统地研究了煅烧温度、煅烧时间、掺杂量等各因素对NaCaP04:Eu2+,Nd3+体系近红外发光材料的影响,分析探讨了ABP04体系中Eu2+-Nd3+之间的能量传递机理。


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