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三种稀土发光材料的制备及性能研究

叶瑞  
【摘要】:稀土发光材料因其特有的4f电子特性,拥有独特的光学性质,在紫外光和红外光激发下都可产生可见光。因此在生物应用、荧光防伪、照明显示、多色发光以及非接触式测温等方面有着广泛的应用。目前关于稀土发光材料的研究虽然很多,但应用于照明显示时,现有的LED器件表面需要涂覆多种不同颜色的荧光粉得到白光发射。而不同基质材料的热膨胀系数不同,会导致荧光粉脱落。因此期望可以在单一基质实现多色发光的荧光粉,进一步丰富基质的发光颜色。本文采用水热法合成了Ce~(3+),Tb~(3+),Dy~(3+)掺杂的氟化物对应的发光材料,通过双掺杂实现了在单一基质多色发光,进一步探究了其能量传递过程,同时进行了上转换发光离子的掺杂,丰富了基质材料的发光性质。利用稀土离子热耦合能级荧光强度比的测温原理,在不与待测物质接触的情况下,可以对温度进行测量。通过改变合成条件,对温度敏感因子进行优化探究,例如添加剂的改变以及对材料进行煅烧等,不同的基质材料相对应的温度敏感因子也会有所不同,期望可以得到温度敏感因子优良的基质材料。本文探究了采用水热法合成的Na Y(Mo O_4)_(2-x)(WO_4)_x:15%Yb~(3+)/1%Er~(3+)发光体。XRD结果表明,基质材料化学性质稳定,改变合成条件仍旧能够得到纯相的Na Y(Mo O_4)_2。SEM结果表明,加入添加剂的剂量由小变大(0.1g-1.4g)样品的尺寸也在添加剂量为0.2g时达到最大。阴离子的掺杂使得样品的形貌从八面体变为不光滑的球形。在980nm的激发下,随着钨酸根掺杂量的增加,样品的发光强度先增大后减小。样品温度灵敏度的进一步研究表明,掺杂阴离子浓度为50%的样品温度灵敏度最高。Er~(3+)掺杂后的热耦合能级在阴离子(WO_4)~(2-)掺杂后,Na Y(Mo O_4)_(2-x)(WO_4)_x的温度敏感因子得到了显著的提升。与800°C煅烧2 h后的样品相比,在添加剂辅助下的样品具有相对更高的温度敏感性。不同温度条件下合成的样品热耦合能级的玻尔兹曼分布也呈现出不同趋势。结果表明通过改变合成条件可以将材料的温度敏感系数从0.0109 K~(-1)提高到0.0144 K~(-1)。为了提高Ln~(3+)离子的发射强度,Yb~(3+)离子在上转换(UC)系统中通常用作敏化剂,在980 nm处有着广泛且强的吸收带。作为含有Yb~(3+)的基体材料,Ag Yb(Mo O_4)_2中的离子浓度更高,因此掺杂离子的发射强度更强,期待可以获得更好的温度敏感性,本文采用Er~(3+)掺杂后获得的材料的温度敏感性在473 K时达到0.0133 K~(-1),对比于相同条件下合成的Na Y(Mo O_4)_2材料的温度敏感性更高。并且通过Ho~(3+)和Tm~(3+)的共同掺杂还可以用来进行合成白光发射,即通过共掺杂Tm~(3+)后获得蓝光部分(~1G_4-~3H_6)和再通过Ho~(3+)的掺杂获得红光(~5F_5-~5I_8)和绿光(~5F_4,~5S_2-~5I_8)部分,这三种颜色的光的混合就可以得到白光发射。


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