稀土掺杂NaLuF_4纳米晶上转换荧光特性及热效应研究

【摘要】：稀土元素由于它特殊的电子构型，具有很多其他材料所没有的优异的光、电、磁方面的特性。尤其在近十几年来，稀土元素被广泛应用于各个领域，被人们誉为“现代工业的维生素”。在稀土功能型材料中，尤其以稀土发光材料最为引人注目。近几年，关于氟化物稀土掺杂发光材料的研究引起广泛关注，尤其是NaLuF_4基质，更成为上转换基质研究中的热点。本文针对NaLuF_4纳米晶的可控合成，上转换荧光特性、荧光峰值比测温应用开展了系统的研究。 首先，油热法制备NaLuF_4:Yb~(3+)/Tm~(3+)纳米晶，研究了反应温度以及氟化钠用量对于上转换荧光强度的影响，并对稀土掺杂浓度分别进行了优化。结合荧光光谱分析得到最适合反应温度190℃，氟化钠用量为稀土摩尔数的8倍。分析Yb~(3+)与Tm~(3+)离子浓度对发光强度的影响。当固定Yb~(3+)离子浓度为25%时，Tm~(3+)离子的优化浓度为1%。当固定Tm~(3+)离子浓度为1%时，改变Yb~(3+)离子浓度从0-60%，上转换吸收光子个数值n值发生明显的变化，分析Yb~(3+)离子的影响原因，同时发现(Y~(3+)、Gd~(3+))离子在掺杂浓度为10%的时候有助于增强NaLuF_4:Yb~(3+)/Tm~(3+)纳米晶的上转换荧光强度，分析了其增强机制。 油热法制备了NaLuF_4:Yb~(3+)/Er~(3+)纳米晶，分析Yb~(3+)与Er~(3+)离子浓度对发光强度的影响。当固定Yb~(3+)离子浓度为20%下，Er~(3+)离子的最优浓度为1.5%。当固定Er~(3+)离子浓度为1.5%时，改变Yb~(3+)离子浓度从0-98.5%，发现样品发出的光谱有强绿光变为强红光，实现了颜色输出的调控。通过分析上转换通道，构建能量上转换传递模型，建立稳态速率方程，对样品的上转换绿红荧光强度比与Yb~(3+)不同掺入浓度的关系进行了分析。 分析掺入不同Yb~(3+)离子浓度样品的两个绿光荧光峰值的峰值比(FIR)与温度的关系。随着掺入浓度的提高，荧光峰值比与温度有不同的变化现象，拟合得出FIR随温度变化的表达式和灵敏度的表达式。发现Yb~(3+)掺入浓度为60%时，得到最强灵敏度。