鐿離子Yb3+摻雜釩-鉬酸鹽的合成和發(fā)光性能研究.pdf

1、稀土元素對(duì)于發(fā)光材料的發(fā)展來(lái)說是一筆巨大的財(cái)富，不同種類稀土離子摻雜熒光粉的制備和發(fā)光特性研究引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者濃厚的興趣。因?yàn)橄⊥猎氐?f層電子在不同能級(jí)之間的躍遷形式極其豐富，可以產(chǎn)生多種發(fā)光性能，所以稀土發(fā)光材料在照明、顯示、激光、生物醫(yī)學(xué)和光電子學(xué)等領(lǐng)域均得到了廣泛的應(yīng)用。三價(jià)鐿離子Yb3+的能級(jí)結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，僅有基態(tài)的2F7/2和激發(fā)態(tài)的2F5/2能級(jí)，該特殊的性能使其常作為上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料中的敏化離子，或在泵浦激光的作用下實(shí)現(xiàn)

2、Yb3+的合作上轉(zhuǎn)換發(fā)光。此外，在紫外-可見光的激發(fā)下，鐿離子2F5/2→2F7/2能級(jí)的躍遷可以實(shí)現(xiàn)1000 nm左右的特征紅外發(fā)光，該下轉(zhuǎn)換發(fā)光過程在提高硅基太陽(yáng)能電池的效率方面具有十分重要的應(yīng)用。
　　通常，基質(zhì)材料的組成、結(jié)構(gòu)、物化性質(zhì)和光學(xué)特性是影響稀土發(fā)光材料發(fā)光效率至關(guān)重要的因素。釩酸鹽和鉬酸鹽因具備特殊的晶體結(jié)構(gòu)，良好的物化穩(wěn)定性和高的光學(xué)損傷閥值已成為眾多稀土發(fā)光材料研究的理想基質(zhì)材料。
　　本論文選擇釩酸

3、鹽和鉬酸鹽作為基質(zhì)材料，通過高溫固相法或Pechni法制備了Yb3+摻雜的釩/鉬酸鹽上轉(zhuǎn)換和下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料。利用X射線粉末衍射（XRD）對(duì)樣品進(jìn)行物相分析，并確認(rèn)其相純度。通過掃描電子顯微鏡（SEM）觀察樣品的表面形貌，分析粒徑的分布情況。同時(shí)，檢測(cè)樣品的反射光譜、激發(fā)和發(fā)射光譜等，研究稀土離子Yb3+的摻雜濃度和基質(zhì)材料的結(jié)構(gòu)變化對(duì)發(fā)光性能的影響。通過發(fā)光衰減曲線協(xié)助討論上轉(zhuǎn)換和下轉(zhuǎn)換的發(fā)光過程和主要的發(fā)光機(jī)理。測(cè)試下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的量

4、子效率，并與類似物質(zhì)作對(duì)比來(lái)研究其潛在的應(yīng)用。
　　第三章，本章主要采用高溫固相法制備Yb3+摻雜的Ca9Yb(VO4)7合作上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料，通過XRD對(duì)其進(jìn)行組成和結(jié)構(gòu)的分析，結(jié)果表明合成的材料相純度較高，結(jié)晶性良好，且無(wú)其它雜相出現(xiàn)。通過激發(fā)和發(fā)射光譜表征其主要的發(fā)光性能，在266 nm的光激發(fā)下，Ca9Yb(VO4)7:Yb3+在紅外區(qū)域出現(xiàn)多個(gè)劈裂發(fā)射峰分別位于960，980，997和1025 nm，主要來(lái)自于Yb3+離子

5、的基態(tài)2F7/2和激發(fā)態(tài)2F5/2劈裂能級(jí)間的躍遷。更重要的是，在976 nm泵浦激光的激發(fā)下研究了Yb3+在Ca9Yb(VO4)7中的合作上轉(zhuǎn)換發(fā)光過程，并結(jié)合發(fā)光強(qiáng)度對(duì)泵浦能量的依賴特性和發(fā)光衰減曲線推斷出可能的合作上轉(zhuǎn)換發(fā)光機(jī)理。
　　第四章，本章通過高溫固相法制備了不同濃度的鐿離子Yb3+摻雜BaGd2(MoO4)4的下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料。首先利用XRD的測(cè)試結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)的衍射峰相對(duì)比來(lái)分析其物相組成、空間群和主要的晶胞參數(shù)。然后

6、通過SEM觀察樣品的表面形貌，顆粒的結(jié)晶形態(tài)和粒徑分布情況。此外，檢測(cè)BaGd2(MoO4)4:Yb3+的漫反射光譜、激發(fā)和發(fā)射光譜來(lái)表征Yb3+在該基質(zhì)中的紅外發(fā)光性能，通過發(fā)光強(qiáng)度對(duì)摻雜濃度的依賴曲線分析濃度猝滅效應(yīng)并得出最佳的Yb3+摻雜濃度。最后計(jì)算不同摻雜濃度下樣品的量子效率，推測(cè)其作為光轉(zhuǎn)換材料在提高硅基太陽(yáng)能電池效率方面的應(yīng)用價(jià)值。
　　第五章，本章分別采用高溫固相法和化學(xué)溶液法制備了Yb3+摻雜的MZnV2O7(M

7、=Ca, Sr, Ba)和Zn2V2O7發(fā)光材料，并對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)和發(fā)光性能研究。首先通過XRD和SEM對(duì)制備樣品的物相組成、結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行分析，利用激發(fā)和發(fā)射光譜表征材料的發(fā)光特性，Yb3+摻雜的MZnV2O7(M=Zn, Ca, Sr, Ba)發(fā)光材料在紫外光的激發(fā)下發(fā)射出900-1100 nm的特征紅外光，主要來(lái)自于Yb3+離子2F5/2→2F7/2的能級(jí)躍遷。此外，研究發(fā)現(xiàn)，制備的釩酸鹽在300-450 nm范圍內(nèi)有較強(qiáng)的光吸收峰

8、，結(jié)合發(fā)光量子效率和發(fā)光衰減等測(cè)試討論了釩酸鹽基質(zhì)向Yb3+離子的能量傳遞過程和主要的近紅外發(fā)光機(jī)理，更重要的是研究了Yb3+摻雜CaZnV2O7、SrZnV2O7和BaZnV2O7體系的晶體結(jié)構(gòu)差異對(duì)紅外發(fā)光性能和量子效率的重要影響。
　　本論文系統(tǒng)的研究了稀土鐿離子Yb3+摻雜釩/鉬酸鹽的制備工藝、結(jié)構(gòu)特征和主要的發(fā)光性能。其中，首次在Ca9Yb(VO4)7基質(zhì)中研究了Yb3+的合作上轉(zhuǎn)換發(fā)光過程和機(jī)理；首次通過單摻雜Yb3+