稀土掺杂AlF_3-YbF_3上转换荧光粉的制备与发光性能研究

【摘要】：稀土上转换发光材料应用领域广阔,前景乐观。如用于固态激光器、激光防伪、三维立体显示和LED背光源等等。因此,对上转换发光材料的的研究既有重要的理论意义,又有巨大的潜在应用价值。虽然各国对这方面的研究投入了巨大的人力、财力和物力,但是研究结果表明,真正可以实际应用的材料仍然很少,除了NaYF4和Y202S以外,其他上转换发光材料还没实现商品化。基于此,目前对新型、高效的上转换发光基础材料的研发仍是各国研究者们孜孜不倦的追求。本论文首先合成了单掺Er3+和单掺Tm3+的A1F3-YbF3上转换材料并对其发光过程做了初步的研究,进而通过Er3+、Tm3+共掺实现A1F3-YbF3上转换白光材料。并对Yb3+到Er3+和Tm3+的多步能量传递过程,以及Tm3+到Er3+之间的能量传递过程做了初步的研究。 1.通过高温固相法制备A1F3-YbF3：Er3+荧光粉,XRD图谱表明：A1F3-YbF3：Er3+上转换荧光粉是由三方A1F3相和正交YbF3相组成；从上转换荧光光谱中可以看出：A1F3-YbF3：Er3+荧光粉的光谱中含有波长为410nm的蓝光峰、550nm的绿光峰和660nm的红光峰,分别对应于Er3+离子的2H9／2→4I15／2、4S3/2→4I15／2和4F9／2→4I15／2能级的跃迁,并且当Er3+离子的掺杂浓度为0.7mol%时,荧光粉的红光(660nm)的发光强度最强；此外通过上转换发光强度与激发光功率可以知道：A1F3-YbF3：Er3+荧光粉的红光(660nm)发射对应的是双光子吸收过程(n=2.24),而绿光(550nm)和蓝光(410nm)的发射分别对应于Er3+离子三光子吸收(n=2.72)和四光子吸收(n=3.64)过程。 2.通过高温固相法制备A1F3-YbF3：Tm3+荧光粉XRD图谱表明：A1F3-YbF3：Tm3+上转换荧光粉是由三方A1F3相和正交YbF3相组成；从上转换荧光光谱中可以看出：A1F3-YbF3：Tm3+荧光粉含有波长为360nm的紫外峰、450nm的蓝光峰、700nm的红光峰和800nm的红外光峰,分别对应于Tm3+离子的1D2→3H6,IG4→3H6,1G4→3F4和3H4→3H6能级的跃迁,其中360nm紫外发射峰的强度最强；此外通过上转换发光强度与激发光功率可以知道：A1F3-YbF3：Tm3+荧光粉的紫外光(360nm)发射对应的是三光子吸收过程(n=2.96),而蓝光(410nm)、红光(700nm)和红外光(800nm)的发射分别对应于Tm3+离子三光子吸收(n=3.07)、三光子吸收(n=3.19)和双光子吸收(n=2.04)过程。 3.通过高温固相法制备AlF3-YbF3：Er3+／Tm3+上转换白光荧光粉,XRD图谱表明：A1F3-YbF3：Er3+／Tm3+上转换白光荧光粉是由三方A1F3相和正交YbF3相组成；从上转换荧光光谱图中可以看出：波长为410nm的紫光发射峰、550nm的绿光发射峰和660nm的红光发射峰分别对应于Er3+离子的2H9/24I15／2、483／2→4I15／2和4F9／2→4I15/2能级的跃迁,而波长为360nm的紫外发射峰、450nm的蓝光峰、700nm的红光峰,分别对应于Tm3+离子的1D2→3H6、1G4→3H6和1G4→3F4能级的跃迁,Er3+离子发出的光与Tm3+离子发出的光最终混合成白光。