多种激活剂离子在Ba2LaF7微晶玻璃中发光性能及其应用的研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sbsb5503564
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稀土离子掺杂的发光材料具有许多优异的性能,如光吸收能力强,色纯度高,色彩鲜艳,发射波长覆盖范围广,物理化学性能稳定等优点,因此在照明、生物医学成像、防伪、温度传感、太阳能电池、数据存储和3D显示等领域受到了广泛关注。近年来,玻璃基质的高透明度、低成本、易加工的特性使得稀土掺杂的发光玻璃在温度传感器、白光LED器件等方向表现出巨大的潜在应用的可能。考虑到氟氧化物微晶玻璃兼具氟化物和氧化物的优点,既满足了稀土离子对低声子能量环境的要求,同时也满足了基质材料优异的化学和物理稳定性能。因此,本论文主要研究和讨论了多种激活剂离子在Ba2LaF7微晶玻璃中的发光行为以及其在光子温度计、高功率白光LED方面的潜在应用。(1)探索了Ba2LaF7:Yb3+,Er3+微晶玻璃在温度传感器和光子加热器方面的潜在应用。本实验采用传统高温熔融淬火技术和随后的热处理工艺,成功地制备了含Ba2LaF7纳米晶的SiO2-Na2O-Al2O3-BaF2-LaF3透明微晶玻璃。通过改进玻璃热处理工艺,探索了优化Er3+离子上转换发光性能的途径。优化实验条件后,探究了Er3+离子的两个热耦合发射能级(4S3/2,2H11/2)在980 nm激发下的温度依赖性荧光强度比以及温度灵敏度。发现Ba2LaF7微晶玻璃样品发射的最大相对灵敏度在298 K时达到理论最大值0.43%K-1。此外,继续探讨了在980 nm激光不同泵浦功率照射下光子加热的潜在应用,发现当激光器功率密度从1.01 W/cm2增加到9.59 W/cm2时,该微晶玻璃样品的温度从356 K增加到407 K。通过在高温低温循环过程中测试样品的荧光强度比值,说明用于温度检测的样品在298-573 K范围内具有良好的热稳定性能。实验结果表明Ba2LaF7:Yb3+,Er3+微晶玻璃有望成为温度传感器和光子加热器的候选材料。(2)探索了Ba2LaF7:Yb3+,Er3+,Tm3+微晶玻璃的上转换白光发射过程。采用高温熔融淬火技术和热处理技术制备了一系列Yb3+,Er3+,Tm3+稀土离子掺杂的Ba2LaF7微晶玻璃,通过调节稀土离子掺杂浓度实现了Ba2LaF7微晶玻璃发光颜色的调谐和白光发射。荧光发射光谱测试表明,当Yb3+离子的掺杂浓度从20%增加到80%时,在980 nm激发下,微晶玻璃的荧光发射呈现从蓝光到黄光再到橙黄光的变化。此外,在Ba2LaF7:40Yb3+,1Er3+微晶玻璃(黄光发射)基础上,Tm3+离子的掺杂能够实现Ba2LaF7微晶玻璃的上转换白光发射。更为重要的是,对Ba2LaF7:40Yb3+,1Er3+,2Tm3+微晶玻璃白光发射的热稳定性能研究发现,在573K高温下此样品的CIE色坐标(x=0.3920,y=0.2801)仍处于白光范围之内,表明此微晶玻璃具有较高的白光稳定性。(3)基于Ba2LaF7微晶玻璃的优越性,本论文进一步探究了Eu/Tb共掺Ba2LaF7微晶玻璃的下转换发光性能及其在高功率白光LED方面的应用。原位自结晶生长的Ba2LaF7:35Eu3+/Eu2+,20Tb3+纳米颗粒镶嵌在硅铝钠酸盐玻璃中,此微晶玻璃具有散射损耗低、发光效率高、热稳定性好等优势,样品的光谱CIE色坐标在573 K时仍位于白光区域内。此外,该微晶玻璃在200℃老化384 h后,在紫外基板芯片(UV-COB)激发下仍然保持较高的透明度。因此,我们提出了一种将自结晶Ba2LaF7:35Eu3+/Eu2+,20Tb3+微晶玻璃与UV-COB相结合的无有机树脂白光LED。此外,作为加速电压和探针电流函数的阴极射线发光光谱表明,该微晶玻璃具有优异的抗降解性能和良好的颜色稳定性。本工作证实了自结晶Ba2LaF7:35Eu3+/Eu2+,20Tb3+微晶玻璃作为高功率白光LED和场发射显示器的双功能候选材料的可能性。
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