Cr~(3+)掺杂镓锗酸盐近红外上转换与长余辉发光的研究

【摘要】：最近报道的以ZnO为基质的镓锗酸盐,实现了Cr~(3+)的d组态的上转换长余辉发光,因为d组态的上转换发光较难实现,所以引起了人们对镓锗酸盐的广泛关注。对ZnO作为基质的镓锗酸盐体系进行分析,Cd与Zn位于同一主族,Cd分子量大于Zn,Cd的声子能量低,对称性降低,这将有利于稀土离子和过渡金属的f组态与d组态的上转换发光。本论文采用的是ZnO与CdO共掺,在新的体系下有如下发现:(1)以ZnO与CdO共掺作为基质,制备(Zn_xCd_(1-x))_3Ga_2GeO_8:0.5%Er~(3+),5%Yb~(3+),1%Cr~(3+),调节ZnO与CdO的比例。实验发现,以ZnO单独作为基质时,陶瓷片需要进行400℃热处理才能看到Cr~(3+)的上转换发光,用ZnO与CdO共掺之后无需进行400℃热处理,就可以清晰地看到Cr~(3+)离子的上转换,而且稀土离子以及Cr~(3+)离子的发光强度均增强了数倍,当ZnO:CdO=3:2时实验产物发光最强。(2)Cr~(3+)离子的上转换来自于稀土离子敏化,掺杂Er~(3+)的实验通过能量传递成功实现了Cr~(3+)的上转换发光,Tm~(3+)离子、Ho~(3+)离子的激发态能级也可能存在与Cr~(3+)离子之间的能量传递,我们的实验成功的验证了这一点,掺杂Tm~(3+)和Ho~(3+)离子的材料依然可以同时增强稀土离子与Cr~(3+)离子的发光。对于掺杂Tm~(3+)的基质来说,当ZnO:CdO=2:1时实验产物的发光最强;对于掺杂Ho~(3+)的基质来说,当ZnO:CdO=3:2时实验产物的发光最强。(3)通过ZnO与CdO的共掺,不仅使稀土离子以及Cr~(3+)离子的f组态与d组态的上转换发光增强,而且余辉也比单掺的体系强。当ZnO:CdO=2:1时余辉最强,且这种性质同时发生在Er~(3+)、Tm~(3+)、Ho~(3+)体系中。