Er3+、Yb3+摻雜稀土錫酸鹽納米晶的上轉(zhuǎn)換發(fā)光性能研究.pdf

1、稀土化合物表現(xiàn)出的許多優(yōu)異的光、電、磁、超導(dǎo)等特性都與稀土離子具有特殊的4f電子組態(tài)能級和4f5d能級結(jié)構(gòu)有關(guān),尤其是稀土元素具有一般元素所無法比擬的光譜性質(zhì),所以使得稀土發(fā)光材料已經(jīng)成為信息處理、立體顯示、熒光標(biāo)記等領(lǐng)域的首選材料,目前有關(guān)稀土發(fā)光材料的研究更是引起廣泛的關(guān)注和興趣。而其中的納米發(fā)光材料由于其具有許多特殊的性能而極有可能成為新型發(fā)光材料。在眾多的納米發(fā)光材料中,以燒綠石結(jié)構(gòu)復(fù)合氧化物為基質(zhì)的稀土摻雜材料最為引人關(guān)注,主

2、要因?yàn)槠溆蟹浅?yōu)異的物理、化學(xué)穩(wěn)定性而且具有非常好的發(fā)光性質(zhì),目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于信息顯示器,照明工程系統(tǒng),光信息通信等領(lǐng)域。稀土錫酸鹽是一種屬于燒綠石結(jié)構(gòu)的多元復(fù)合氧化物,具有優(yōu)異的熱、電、磁和催化等性能,它們在離子導(dǎo)體、催化劑、熒光以及鋰電池等領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用潛力。稀土離子,尤其是Er3+離子具有輻射能級豐富、激發(fā)態(tài)能級壽命長,較易被能量較低的光子直接激發(fā)、上轉(zhuǎn)換效率很高等優(yōu)點(diǎn)很適合作為上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的熒光中心。所以,為了找到優(yōu)良

3、的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料,我們以稀土錫酸鹽為基質(zhì)材料,以 Er3+離子作為熒光中心,本論文中,我們采用溶膠-凝膠法合成了幾種錫酸鹽納米材料,并系統(tǒng)地研究了其上轉(zhuǎn)換發(fā)光性質(zhì)。
　　本論文研究的主要內(nèi)容及得到的結(jié)論如下:
　　1.用溶膠-凝膠法成功地制備出純相的La2Sn2O7:Er3+納米晶。結(jié)果顯示,制備出來的La2Sn2O7:Er3+納米晶為立方相的燒綠石結(jié)構(gòu),晶體形貌近似八面體形。本章中我們制得的樣品均給出了由Er3+的4H11

4、/2,4S3/2→4I15/2能級躍遷產(chǎn)生的綠光發(fā)射(517-575 nm)和4F9/2→4I15/2能級躍遷產(chǎn)生的紅光發(fā)射(644-690 nm)。綠光和紅光的上轉(zhuǎn)換發(fā)光均為雙光子上轉(zhuǎn)換吸收過程。分析得到Er3+的最佳摻雜濃度為7.0 mol％,樣品的最佳退火溫度是1150℃。
　　2.本章采用溶膠-凝膠法在不同退火溫度和不同 Er3+離子濃度條件下制備了Gd2Sn2O7:Er3+納米晶。室溫下測試了樣品在980 nm激光激發(fā)下

5、的上轉(zhuǎn)換發(fā)射光譜,在527、563、661 nm處可產(chǎn)生三個較強(qiáng)的上轉(zhuǎn)換發(fā)射峰。分析得到樣品發(fā)光最強(qiáng)時的Er3+離子的最佳摻雜濃度是5.0 mol%,最佳的退火溫度為1050℃。
　　3.采用溶膠-凝膠法制備Er3+, Yb3+共摻雜的La2Sn2O7:Er3+, Yb3+納米晶。同時分析了不同基質(zhì)材料的晶體結(jié)構(gòu)對稀土離子的上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度的影響,發(fā)現(xiàn)在幾種基質(zhì)材料中以 La2Sn2O7作為基質(zhì)材料的樣品發(fā)光強(qiáng)度較好。研究發(fā)現(xiàn),Yb

6、3+的加入使 La2Sn2O7:Er3+納米晶的發(fā)光強(qiáng)度有了很大的增強(qiáng)。當(dāng)Yb3+離子的摻雜濃度為3 mol%時,本實(shí)驗(yàn)中樣品的上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度為最好。
　　4.溶膠-凝膠法制備Er3+摻雜的La2Sn2O7//SnO2納米晶。同時通過XRD和SEM等手段對樣品的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了表征,結(jié)果表明樣品是La2Sn2O7和SnO2的混合體。同時比較了在980 nm激光的激發(fā)下,不同溫度時樣品的上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度的不同,結(jié)果發(fā)現(xiàn) La2Sn2O