Mn4+敏化下的Tm3+(Yb3+)离子的近红外发光

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近红外光在人眼安全激光器、遥感测量、太阳能电池和生物荧光成像等方面有着特别广泛的应用。稀土元素具有特殊的4f电子壳层结构和丰富的能级,而且作为激活中心掺杂可以发射各种近红外波段的光。因此,基于稀土离子掺杂的近红外发光材料备受科研人员的关注。由于现有的Tm3+和Yb3+离子掺杂近红外发光材料大多表现出的吸收强度弱、发光强度不够强等问题,导致其在实际应用中受到限制。因此,本文通过寻找适合的敏化剂及基质来提高 Tm3+和Yb3+离子的近红外发光强度。具体的工作内容有:  采用溶胶凝胶法合成了Mn4+/Tm3+共掺杂的Ca14Zn6Al10O35近红外荧光粉材料。Mn4+在 Ca14Zn6Al10O35基质中具有很强的激发效率,而且对紫外光到可见光范围内都有很强的吸收。在455nm光激发下,最佳的 Tm3+,Mn4+离子掺杂浓度样品的1.85?m近红外光强度相比于最佳Tm3+单掺杂浓度样品提高了大约24倍。在455nm光激发下Tm3+:1.85?m的发射强度的大大增强是Mn4+对Tm3+的能量传递敏化以及 Tm3+-Tm3+之间交叉弛豫的共同结果。同时分析发现了, Mn4+/Tm3+共掺杂样品中Mn4+向 Tm3+的能量传递主要是通过电偶极-偶极相互作用进行的。  利用共沉淀法合成了 Mn4+/Yb3+共掺杂的 La2MgTiO6近红外荧光粉。Mn4+在La2MgTiO6基质中对短波方向的紫外光到可见光范围内都有很强的吸收,且对 Yb3+具有比较好的敏化效果。La2MgTiO6: Mn4+, Yb3+发光材料可以将250-550nm区域的短波长光转换成Yb3+:990 nm的近红外发射。分析了La2MgTiO6基质中Mn4+向Yb3+的能量传递敏化机制。证明了La2MgTiO6基质中Mn4+向Yb3+的能量传递方式为声子辅助能量传递。该材料在990 nm的发射正好处在硅太阳能电池最有效的光谱响应区域内。因此我们所合成的这种发光材料有希望用作光谱下转换层,以提高硅太阳能电池对紫外和可见光的光谱的响应度,从而提高对太阳光谱的总光电转换率。
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