稀土摻雜材料的紅光或白光上轉(zhuǎn)換及其與微結(jié)構(gòu)的關(guān)系.pdf

1、上轉(zhuǎn)換發(fā)光是指樣品吸收一定波長(zhǎng)的光子而發(fā)射出相對(duì)較短波長(zhǎng)的光子的現(xiàn)象。稀土離子就具有這種特殊的上轉(zhuǎn)換發(fā)光性能。在上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料中,紅光和白光材料由于在熒光標(biāo)注和照明方面有巨大的應(yīng)用價(jià)值而成為現(xiàn)在上轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。但上轉(zhuǎn)換紅光和白光材料都面臨兩個(gè)最主要的難題:1、如何有效的調(diào)制發(fā)光顏色,使紅光的純度更高,而白光的顏色更接近日光;2、如何有效提高發(fā)光強(qiáng)度。
　　對(duì)于上轉(zhuǎn)換紅光或白光材料,以往的研究手段主要集中于發(fā)光過(guò)程中電子的躍遷

2、機(jī)制研究,對(duì)材料的微結(jié)構(gòu)研究得很少。然而,眾所周知,材料的電、光、磁、熱、力等性能是與材料的結(jié)構(gòu)緊密聯(lián)系的。如果要深入的研究上轉(zhuǎn)換材料的發(fā)光特性,必須深入研究材料的微觀結(jié)構(gòu)、顯微成分分布、晶體場(chǎng)特性等與發(fā)光機(jī)理之間的關(guān)系。本論文的主要工作是以微觀組織結(jié)構(gòu)的研究為主要手段,去研究發(fā)光性能與相結(jié)構(gòu)、相組成及成分分布的關(guān)系,從而制備出發(fā)光性能更好的上轉(zhuǎn)換白光和紅光材料。通過(guò)采用這種研究方案,一方面,我們成功地在ZnO、BaTiO3納米晶和Pb

3、-Ba陶瓷中實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)的上轉(zhuǎn)換白光發(fā)射;另一方面,在Pb-Zn-B陶瓷及ZnO納米晶中實(shí)現(xiàn)了有效的單色紅光發(fā)射,特別是將紅光的單色性提高到了優(yōu)于之前已報(bào)道結(jié)果的水平。論文工作的主要內(nèi)容可以分為以下4個(gè)部分:
　　1、在第3章中:采用高溫固相法制備了稀土Yb3+/Er3+共摻雜或Yb3+/Er3+/Tm3+三摻雜的 Pb基陶瓷體系,并研究了其發(fā)光性能與微結(jié)構(gòu)的關(guān)系:1、制備了Yb3+/Er3+共摻雜Pb-Zn-Si陶瓷材料,研究了其多

4、色(包括紅、綠、紫三條譜帶)上轉(zhuǎn)換發(fā)光特性與樣品的相組成、微觀成分分布及晶體微結(jié)構(gòu)的關(guān)系。這對(duì)后面的上轉(zhuǎn)換白光和單色紅光材料的的制備及性能研究具有一定的指導(dǎo)價(jià)值;2、基于多色光的研究工作,改進(jìn)了樣品組分,采用高溫固相法制備了Yb3+/Er3+共摻雜Pb-Zn-B陶瓷材料。通過(guò)對(duì)樣品進(jìn)行熱處理,改變其微結(jié)構(gòu)和成分的顯微分布,成功地制備出了發(fā)單一紅色光的陶瓷樣品。特別是將紅光的純度(紅光與雜質(zhì)光的強(qiáng)度比(抑制比):128)提高到了明顯優(yōu)于已

5、報(bào)道的其它體系的水平(抑制比<97)。深入分析了其單色紅光上轉(zhuǎn)換發(fā)光特性與樣品的相組成、微觀成分分布及晶體微結(jié)構(gòu)的關(guān)系;3、制備了Yb3+/Er3+/Tm3+三摻雜Pb-Ba陶瓷材料,通過(guò)調(diào)節(jié)組分和工藝成功地實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)的上轉(zhuǎn)換白光。結(jié)合掃描電鏡和 X射線(xiàn)等研究手段分析了樣品的微觀相結(jié)構(gòu)和成分分布對(duì)Yb3+/Er3+/Tm3+三種稀土離子之間的復(fù)雜的能量傳遞過(guò)程的影響。
　　2、在第4章中:采用化學(xué)燃燒法制備了Yb3+/Er3+共摻雜

6、或Yb3+/Er3+/Tm3+三摻雜的ZnO納米體系,并成功地實(shí)現(xiàn)了上轉(zhuǎn)換紅光和白光發(fā)射。研究了Yb3+/Er3+共摻雜 ZnO納米晶的單色紅光產(chǎn)生的上轉(zhuǎn)換機(jī)制與樣品的相結(jié)構(gòu)、基質(zhì)聲子能量、摻雜稀土的含量及制備工藝之間的關(guān)系。特別是將稀土摻雜ZnO納米晶中的紅光純度提高到了98.82％(抑制比:84),明顯優(yōu)于已報(bào)道的ZnO納米晶的紅光純度(抑制比<50)。深入分析了Yb3+/Er3+/Tm3+三摻雜ZnO納米晶上轉(zhuǎn)換白光發(fā)射機(jī)理。研究

7、了其微觀相結(jié)構(gòu)和成分分布對(duì)Yb3+/Er3+/Tm3+三種稀土離子之間的復(fù)雜的能量傳遞過(guò)程的影響,特別是根據(jù)微結(jié)構(gòu)的分析,采用了降低稀土離子濃度,精細(xì)化制備工藝的手段,實(shí)現(xiàn)了ZnO單相納米晶的制備。
　　3、在第5章中:采用化學(xué)和物理相結(jié)合的復(fù)合法制備了Yb3+/Er3+/Tm3+三摻雜BaTiO3納米晶材料,實(shí)現(xiàn)了上轉(zhuǎn)換白光發(fā)射,特別是其有效的Er離子450納米發(fā)射的提高有利于降低上轉(zhuǎn)換白光發(fā)射的色分離。對(duì)這種有效的450納米發(fā)