【摘 要】
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近中红外发光玻璃是激光、通信、环境监控等重要应用领域的关键材料。对于玻璃基质材料的选择、近中红外发光的增强方法及去羟基技术的探索,依旧充满着挑战。硅酸盐氟氧化物
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近中红外发光玻璃是激光、通信、环境监控等重要应用领域的关键材料。对于玻璃基质材料的选择、近中红外发光的增强方法及去羟基技术的探索,依旧充满着挑战。硅酸盐氟氧化物玻璃兼具低声子能量,良好的力热化学稳定性,以及成本低廉且容易被拉制成光纤等优势,是实现近中红外发光的良好基质玻璃材料。本论文介绍了在氟氧化物硅酸盐玻璃中实现近中红外发光的方法,讨论了影响近中红外发光的因素以及增强方式。实验内容主要围绕掺Tm3+硅酸盐氟氧化物玻璃(SiO2-PbF2-PbO-TmF3)的制备及其发光的增强而展开,研究内容主要包括两个部分:(1)以50SiO2-45PbF2-(5-x)PbO-2.5TmF3-xPb(NO3)2(x=0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0)为组分展开实验,探究了在微量的硝酸铅取代氧化铅后,引入的硝酸根离子以化学法除去了基质中的羟基,从而实现了增强近中红外发光的目的。研究结果表明:当用微量硝酸铅取代相应量的氧化铅时,玻璃的近中红外发光强度得到大幅提高。通过红外透射光谱发现,在硝酸铅引入后,玻璃基质中的羟基含量大幅降低,羟基吸收系数明显变小,且硝酸铅在熔制过程中分解产生的气体,在高温状态下放出会带走基质中的部分水分,进而很大程度上提高稀土离子发光效率,使发光强度得到极大的增强。此外,本文进一步结合J-O理论计算出特征样品的荧光分支比及自发辐射跃迁几率等参数,发现两者均有所增加,这进一步解释了近中红外发光的增强机理。(2)针对Ag+等离激元效果增强与卤化物去羟基增强近中红外发光进行了探讨,以组分50SiO2-45PbF2-(5-x)PbO-2.5TmF3-xAg2O/AgCl(x的值根据Ag+引入后所占的摩尔百分比计依次为0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0)分别制备了两个系列的样品(STO系列和STA系列),发射光谱显示随着基质中Ag+含量的增加,两个体系玻璃的近中红外发光均明显增强,且STA系列增强效果更为显著。STO系列近中红外光的增强机理归因于Ag+的等离激元增强;对于STA系列样品,通过对其FTIR分析对比发现,随着AgCl掺量的增加,玻璃基质中的羟基含量大幅降低,羟基吸收系数明显变小,即STA系列中等离激元增强与化学法去羟基共同作用从而使近中红外发光大幅增强。实验进一步对AgCl系列样品进行了在不同温度下的退火析晶处理,探究了Ag晶体对近中红外光的增强规律,并计算了特征样品的J-O参数,计算结果显示特征样品的荧光分支比、自发辐射跃迁率均有所提高,从理论上解释了发光效率提高的原因。
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