Li掺杂的C12A7/Yb/Tm和C12A7/Yb/Mn多晶的上转换性能的研究

【摘要】：随着对光学材料的需求不断增大,利用上转换原理制备的发光材料在很多领域都表现出独特的优点。然而,上转换发光材料具有较低的转换效率及较低的光色纯度,限制其在太阳能电池领域和光学显示等领域上的应用。本论文利用Li~+和Mn~(2+)对C12A7/Yb/Tm材料的光色和强度进行调控,拓宽稀土离子掺杂上转换发光材料的应用范围。探究Li~+/Yb~(3+)/Tm~(3+)/C12A7和Mn~(2+)/Yb~(3+)C12A7的最优合成参数,通过热重曲线、XRD物相分析及上转换发光测试,确定预烧温度739℃,烧结温度1100℃,烧结时间5 h。获得了具有良好上转换发光性能的材料。研究不同的稀土离子和Li~+掺杂浓度对发光性能的影响,确定最佳的掺杂浓度为:8 mol%的Yb~(3+)、1 mol%的Tm~(3+)和5 mol%的Li~+。分析了Li~+的掺杂增强发光性能的机理,研究了猝灭离子(OH~-和CO_3~(2-))对发光的影响,通过寿命计算出Yb~(3+)的能量传递效率得到了显著的提高,并获得光色较纯和强度较高的上转换蓝色光输出。通过研究激发功率和温度对Li~+/Yb~(3+)/Tm~(3+)/C12A7上转换发光强度影响,确定上转换发光过程,蓝光:~1G_4→~3H_6,红光:~1G_4→~3F_4。结合荧光强度比技术,探究了温度和上转换发光之间的关系,并计算出Li~+掺杂后,材料的温度敏感系数为0.233%K~(-1),相对于其他Tm~(3+)离子掺杂的基质材料,这一温度敏感系数有了较大提高。利用Mn~(2+)的发光特点来弥补稀土离子发光的不足,成功的实现了对光色的调节和高强度的白光输出。研究Mn~(2+)掺杂后的上转换发光机理,其中橙色光来源于Mn~(2+)的~4T_1(~4G)能级退激发,蓝光来源于Yb~(3+)的虚拟能级退激发。并计算出Mn~(2+)的掺杂浓度为1.0 mol%时,Mn~(2+)/Yb~(3+)C12A7的寿命,为2514.8μs,已达到了毫秒级别,说明该材料在光色调节的方面有较大的应用潜能。