稀土離子摻雜鈮酸鹽微納米材料的上轉(zhuǎn)換發(fā)光及溫度傳感特性的研究.pdf

1、近年來(lái)，稀土離子摻雜的上轉(zhuǎn)換微納米發(fā)光材料由于其獨(dú)特的發(fā)光特性而被廣泛地應(yīng)用于激光、三維立體顯示、熒光標(biāo)簽、溫度傳感、生物標(biāo)記等領(lǐng)域，尤其在溫度傳感領(lǐng)域的研究與應(yīng)用更是備受研究者們的廣泛關(guān)注。目前，廣泛使用的溫度探測(cè)器件主要為傳統(tǒng)的基于熱接觸式的溫度測(cè)量設(shè)備。然而，在某些工作環(huán)境下，例如，強(qiáng)腐蝕性、電磁干擾環(huán)境下及微小快速移動(dòng)物體的溫度測(cè)量等，傳統(tǒng)溫度測(cè)量設(shè)備根本無(wú)法滿足準(zhǔn)確探測(cè)溫度的要求。但是，相較于傳統(tǒng)測(cè)量溫度的技術(shù)，基于熒光強(qiáng)度峰

2、值比的溫度傳感技術(shù)可以提供一種不受測(cè)量環(huán)境、分辨率和曝光時(shí)間等不同因素影響的溫度探測(cè)，從而保證了溫度探測(cè)的準(zhǔn)確性與精度。眾所周知，稀土離子具有豐富的能級(jí)結(jié)構(gòu)。當(dāng)相鄰能級(jí)間距較小時(shí)，較高激發(fā)態(tài)能級(jí)通常可以被熱布局，從而表現(xiàn)出溫度依賴熒光發(fā)射強(qiáng)度的特性，因而可以用作光學(xué)溫度傳感材料。本文采用不同的化學(xué)方法合成了稀土離子摻雜的鈮酸鹽微納米材料，并對(duì)其上轉(zhuǎn)換發(fā)光機(jī)理和溫度傳感性質(zhì)進(jìn)行了詳細(xì)地研究。最終通過(guò)深入的理論分析，揭示了影響基于上轉(zhuǎn)換發(fā)光

3、的光學(xué)溫度傳感靈敏度的主要因素。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　?。?）采用熔鹽法首次合成了Yb3+/Er3+共摻的YNbO4納米熒光粉。X射線衍射、掃描電鏡、透射電鏡及高分辨透射電鏡結(jié)果表明所合成熒光粉為單斜結(jié)構(gòu)的YNbO4，且顆粒直徑約為35 nm。在980 nm激光的激發(fā)下，所制備的YNbO4納米熒光粉表現(xiàn)出較強(qiáng)的上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度。通過(guò)分析發(fā)光強(qiáng)度與激發(fā)功率之間的依賴關(guān)系，證實(shí)了綠色與紅色上轉(zhuǎn)換發(fā)光均為雙光子上轉(zhuǎn)換發(fā)光過(guò)程。基于Er3+

4、離子的2H11/2/4S3/2兩個(gè)熱耦合綠光能級(jí)的熒光峰值比技術(shù)研究了YNbO4納米熒光粉的光學(xué)溫度依賴性質(zhì)，并且通過(guò)調(diào)節(jié)摻雜離子的濃度實(shí)現(xiàn)了熒光粉傳感靈敏度的調(diào)控，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：隨著Yb3+摻雜濃度的增加，熒光粉的傳感靈敏度逐漸減小。同時(shí)觀察到：隨著溫度升高，上轉(zhuǎn)換納米熒光粉的發(fā)光顏色從黃色變成了綠色。
　?。?）利用水熱法合成了一系列不同濃度的Yb3+/Er3+共摻的NaNbO3微納米熒光粉，并研究了NaNbO3:Yb3+/Er3

5、+熒光粉的上轉(zhuǎn)換發(fā)光性質(zhì)與發(fā)光機(jī)理。X射線衍射及掃描電鏡結(jié)果證實(shí)制備的熒光粉為純相的NaNbO3:Yb3+/Er3+熒光粉。上轉(zhuǎn)換熒光光譜結(jié)果表明：在980 nm激光泵浦下，共摻Y(jié)b3+/Er3+離子的熒光粉表現(xiàn)出較強(qiáng)的綠光與紅光發(fā)射，分別對(duì)應(yīng)著Er3+離子2H11/2,4S3/2→4I15/2的躍遷與4F9/2→4I15/2的躍遷。發(fā)光強(qiáng)度的功率依賴特性證明綠色與紅色上轉(zhuǎn)換發(fā)光均為雙光子上轉(zhuǎn)換過(guò)程。另外，測(cè)量了不同溫度下的綠光上轉(zhuǎn)換熒