稀土掺杂BaGd_2ZnO_5上转换荧光粉发光性质及其试验优化设计方法的研究

【摘要】：稀土上转换的发光材料在生物荧光标记、激光防伪、红外探测和三维显示等特殊领域的应用,该材料就受到了大家的广泛关注与研究。研究的重要内容包含了通过合成方法来改善发光材料,探究上转换发光机理以及提高上转换发光效率。在现代科学技术的快速发展中,试验优化设计成功的解决了科学研究、工程设计等的实际目标优化问题。本论文采用试验优化设计的方法对Er~(3+)/Yb~(3+)共掺杂BaGd_2ZnO_5荧光粉的发光性质进行了深入研究,获得了荧光粉的最大发光强度所对应的Er~(3+)/Yb~(3+)最佳掺杂浓度。同时,探讨了其它稀土掺杂BaGd_2ZnO_5荧光粉的发光性质和能量传递机理,主要的研究内容和结果包括:一、采用试验优化设计的方法,构建出的回归方程是Er~(3+)/Yb~(3+)浓度分别与绿光、红光发光强度的关系,通过遗传算法分别算出绿光和红光最大发光强度时的Er~(3+)/Yb~(3+)掺杂浓度。利用XRD检测,绿光、红光最优样品都是纯相。用980nm泵浦源的激发,对绿光、红光最优样品测试其上转换的发射光谱。利用强度制约关系式得到样品的上转换发光过程都是双光子。由绿光最优样品测试的上转换发射光谱算出了 2H_(11/2)与4S_(3/2)间的能级差。二、通过高温固相法制得一个系列的改变Er~(3+)掺杂浓度单掺的BaGd_2ZnO_5荧光粉与两个系列分别改变Er~(3+)/Yb~(3+)掺杂浓度的共掺杂的BaGd_2ZnO_5荧光粉。采用XRD对得到的荧光粉的晶体结构进行了分析,证实所有产物均为纯相BaGd_2ZnO_5。采用980nm激光作为激发源,在同样条件下测量了不同稀土掺杂浓度样品的上转换发射光谱。根据发射光谱,研究了样品的上转换发光强度与激光器工作电流的关系,通过分析发现所有样品的红色和绿色上转换发光均为双光子过程。三、采用传统高温固相法合成了固定Er~(3+)/Yb~(3+)浓度,改变助熔剂和Ho~(3+)浓度的两组BaGd_2ZnO_5荧光粉。XRD结果表明所制备的产物均为纯相的BaGd_2ZnO_5,Ho~(3+)掺杂浓度和不同的助熔剂未引起晶相的改变。采用980nm作为激发源,在相同条件下测量了样品的上转换发射光谱。研究了 Ho~(3+)掺杂样品的上转换发光强度与激光器工作电流的关系,通过强度制约公式分析发现样品的红色和绿色上转换发光均为双光子过程,并探讨了其中的能量传递过程。研究了 Er~(3+)/Yb~(3+)/Ho~(3+)三掺杂样品的温度效应,计算出来了样品的激活能。四、采用传统高温固相法合成了固定Er~(3+)/Yb~(3+)/H_3BO_3浓度,改变Ce~(3+)掺杂浓度的BaGd_2ZnO_5荧光粉。采用980nm作为激发源,在相同测试条件下,测量了样品的上转换发射光谱。从发射光谱图中看出了样品的发射中心是662 nm、551 nnn和527nm,对应着的发射是一个红光与两个绿光,研究了 BaGd_2ZnO_5样品在激光器不同工作电流时的上转换发射光谱,通过分析发现样品的上转换发光是双光子过程,并探讨了其中的能量传递过程。