【摘 要】
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温度传感技术在我们的生产生活中起着至关重要的作用,被广泛应用于化学、物理以及生物医学等领域。随着新兴研究领域的扩展,传统测温方法的一些缺点日益显现,例如,它们无法进行煤矿、小尺寸孔隙和细胞内等特殊要求下温度的测量。近年来,非接触式温度传感由于其耐高温、适用范围广以及灵敏度高等优点而备受瞩目。其中基于稀土掺杂发光材料荧光强度比测温具有响应速度快、测温精度高、自参考等特性,从众多测温材料中脱颖而出。在
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温度传感技术在我们的生产生活中起着至关重要的作用,被广泛应用于化学、物理以及生物医学等领域。随着新兴研究领域的扩展,传统测温方法的一些缺点日益显现,例如,它们无法进行煤矿、小尺寸孔隙和细胞内等特殊要求下温度的测量。近年来,非接触式温度传感由于其耐高温、适用范围广以及灵敏度高等优点而备受瞩目。其中基于稀土掺杂发光材料荧光强度比测温具有响应速度快、测温精度高、自参考等特性,从众多测温材料中脱颖而出。在稀土掺杂基质中,氧化物凭借着其稳定性好、成本低以及简单易得等优势而备受青睐。因此,在氧化物体系中设计合理的能量传递途径,进而达到稀土掺杂材料的性能最优化,是实现稀土掺杂发光材料高精度测温的理想途径。本论文从能量传递出发,讨论了基于Gd2(WO4)3:Er3+,Yb3+@SiO2和LiYGeO4:Bi3+/Eu3+/Nd3+的发光及温度传感特性。具体研究内容如下:(1)利用一步共沉淀法制备了Gd2(WO4)3:Er3+,Yb3+@SiO2荧光粉。通过透射电镜图像、X-射线衍射技术以及光致发光光谱对合成样品的形貌、物相纯度和发光性能等进行了表征。研究表明,在808 nm激光束的激发下,Er3+作为敏化离子向共掺杂的Yb3+离子传递能量,从而实现Er3+和Yb3+可见及红外部分的发光。通过光致发光光谱,分析了SiO2壳层对发光的影响以及核壳结构中Er3+和Yb3+的最佳掺杂浓度,确定了808 nm激发下可能的发光机理。紧接着探索了基于Er3+和Yb3+共掺杂系统中的温度传感机制,分别对可见光部分的热耦合能级发光强度比和红外光部分的非热耦合能级发光强度比的温度传感性能进行探究,发现利用热耦合能级发光强度比进行测温时具有更高的测温灵敏度和更小的测温误差。但是,其红外光部分的测温灵敏度相比于其它材料仍然是比较高的,因此其具有生物红外测温的潜在应用价值。(2)利用高温固相法合成了LiYGeO4:Bi3+/Eu3+/Nd3+荧光粉,并对其激发、发射光谱和温度传感等性能进行了研究。在LiYGeO4:Bi3+的晶体结构中,在254nm和310 nm激发下,均能够实现Bi3+的可见(~370 nm:~3P1→~1S0)及红外(~740nm:~1P1→~3P0)两部分发光,并且红部分发光刚好和Nd3+离子的一个吸收带重叠,可以实现由Bi3+向Nd3+的能量传递。紧接着详细地论证了Eu3+作为Bi3+和Nd3+之间能量传递的桥梁时的能量传递过程,确定了可能的能量传递途径。继而又论述了在Bi3+/Eu3+/Nd3+共掺杂的样品中,其发光光谱刚好和叶绿素a和光合细菌等植物生长所需物质的吸收光谱重叠,且具有良好的热稳定性,因此有作为植物生长灯的潜在应用价值。同时,也发现了不同激发波长下Bi3+和Eu3+的光强随温度变化趋势不同,在254 nm(基质的吸收)激发下该样品的测温灵敏度更高,相较于其在310 nm激发下的测温效果有很大优势。
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