稀土上转换荧光材料的光谱性质及应用

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迄今为止,上转换荧光现象已被广泛研究了近半个世纪,这与其特有的发光性质是分不开的。上转换发光属于一种非线性发光或反斯托克斯发光现象,它能够将多个低能光子转换成一个高能光子,因此被称为上转换发光。被研究最多的一类上转换荧光材料是红外-可见上转换荧光材料,即通过吸收红外波段的激发光子,这类材料能够产生一定波长的可见光。除此之外,由于紫外光在生物医学上有着重要的应用价值且其不容易获得,因此,可见-紫外上转换材料也成为了该领域的一个研究重点。  本文的研究内容包含上述的两种上转换荧光材料,通过实验获得了多种上转换荧光材料的发光性质,并分析了发光过程中所涉及到的能量传递机制、能级匹配以及材料的转换效率、测温学参数等。主要内容如下:  (1)采用高温固相法制备了不同掺杂浓度的Ba5Gd8Zn4O21:Yb3+,Er3+红外-可见上转换荧光材料,在971nm激光器激发下,该材料可发射强烈的可见光,特别是峰值在672nm的红光发射。在上转换效率测试中,该材料表现出了比β-NaYF4:Yb3+,Er3+商业荧光粉更高的转换效率。此外,为了分析Yb3+-Er3+共掺杂体系中发生的能量传递,本文建立了相关速率方程,首次证明了发生在Er3+离子之间的交叉弛豫。  (2)分别采用共沉淀法和高温固相法制备了La2(WO4)3:Yb3+,Er3+和La2O2S:Yb3+,Er3+上转换荧光材料,通过记录这两种材料的荧光强度比随温度变化的规律,得出了La2(WO4)3:Yb3+,Er3+和La2O2S:Yb3+,Er3+的最高辨温灵敏度分别为0.01K-1和0.008K-1,与同种材料相比,这两种氧化物材料都是较为理想的温度探测材料。  (3)采用高温固相法制备了BaGd2 ZnO5:Er3+可见-紫外上转换材料,在不同可见光源激发下,该材料均表现出了特有的上转换紫外荧光性质,特别是在530nm及466nm小功率LED激发下,BaGd2ZnO5:Er3+在200至350nm波长范围内具有多个紫外发射峰,而处于UVC波段的紫外光具有较强的杀菌能力,因此该材料在生物医学领域具有一定的应用前景。
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