稀土离子(Eu3+、Sm3+、Er3+、Tm3+、Yb3+)掺杂发光材料的能量传递及温度效应研究

来源 :大连海事大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:CT19850329
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稀土掺杂发光材料在照明、显示、激光、防伪、光纤通信和生物医学等领域具有广阔的应用,成为多个交叉学科研究的热点。在交通运输领域,新型照明材料和激光材料广泛地应用于各种载运工具中。白光LED除可以用作日常照明外,还可以用在一些特殊的领域,如港口照明、交通信号灯、载运工具照明(汽车、火车、船舶和飞机的箱内照明),未来还可以用在海洋平台照明以及军事所需的特种照明。白光照明应用于船舶、舰艇及飞行器等载运工具中可大大节约照明能源消耗,提高这些航运器的续航能力。能量传递是普遍存在于发光中心间的一种物理现象,它对发光材料性能的影响既有好的方面,也有坏的方面。在实际应用中,经常会利用能量传递调控稀土掺杂发光材料的光谱学性质。此外,稀土离子所吸收的能量并不能全部用于发光,其中一部分能量会通过无辐射的形式转换为基质晶格的热振动,从而使材料的温度升高,进而影响材料的发光性质。不仅如此,稀土发光材料光谱性质的温度效应也是人们所关心的基本物理问题。本文围绕着稀土掺杂发光材料的能量传递及其温度效应,开展了一系列的研究工作,取得的结果如下:(1)采用高温固相法成功的合成了KLa(MoO42:Eu3+红色荧光粉。研究煅烧温度、掺杂浓度对样品的晶体结构、发光性能的影响。通过对激发光谱分析得知,从基质到发光中心Eu3+存在有效的能量传递。利用Van Uitert模型分析了样品的浓度猝灭过程,结果表明5Do能级猝灭的机理为交换相互作用,5D1、5D2能级猝灭的机理为电偶极-电偶极相互作用。研究了掺杂不同浓度Eu3+样品的色度学性质,发现在Eu3+掺杂浓度为30%时,样品的色坐标为(0.650,0.333)。利用AArrhenius拭对样品的温度猝灭现象进行了分析,证明Eu3+的5Do能级温度猝灭的机理为crossover过程。利用样品的发射光谱和荧光衰减曲线,计算Eu3+在KLa (MoO4)荧光粉中的Judd-Ofelt参数。(2)采用高温固相法成功的合成了KLa (MoO42:Eu3+/Sm3+红色荧光粉,并探讨了Sm3+和Eu3+间的能量传递行为。在低Sm3+掺杂浓度时采用277 nm及394 nm激发样品,其发光强度几乎不随掺杂浓度变化,若利用404 nm激发样品发光随Sm3+浓度有明显增强;当Sm3+掺杂浓度较高时,利用277 nm、394 nm及404 nm激发观察到了Sm3+对Eu3+发光产生了猝灭作用。采用电多极及交换相互作用模型对Sm3+/EU3+共掺KLa(M004)2红色荧光粉的能量传递的物理机制进行了分析,结果表明Sm3+到Eu3+能量传递为交换相互作用。(3)采用高温熔融淬火法成功的合成了Sm3+掺杂硅酸盐玻璃。通过吸收光谱,利用Judd-Offelt理论对Sm3+在该硅酸盐玻璃中的光学跃迁性进行了计算。利用VanUitert和Inokuti-Hirayama模型分析了Sm3+的浓度猝灭机理,发现Sm3+间作用为电偶极-电偶极相互作用,Sm3+浓度猝灭机理为Sm3+间的交叉弛豫导致的无辐射能量传递。对变温荧光光谱分析表明Sm3+的4G5/2能级温度猝灭的机理为crossover过程,温度猝灭需要跨越势垒所需要的激活能AE=0.40 eV。(4)采用高温熔融淬火法成功的合成了Eu3+单掺和Eu3+/Sm3+共掺硼酸盐玻璃。通过测得的吸收光谱,计算了Eu3+在该硼酸盐玻璃中的Judd-Ofelt参数。以Eu3+做探针研究了硼酸盐玻璃的电-声子相互作用,得到了硼酸盐玻璃的声子振动的能量为1349.6 cm-1,黄昆因子为S=0.010。通过荧光光谱、发光动力分析了Sm3+和Eu3+间的能量传递行为,发现当Sm3+掺杂浓度较低时,Sm3+到 Eu3+的能量传递会使Eu3+的5D0能级发光增强;当Sm3+掺杂浓度较高时,Eu3+到Sm3+的能量传递导致了Eu3+的5D0能级发光减弱。(5)采用高温固相法合成了不同浓度比的yb3+/Er3+共掺杂的GdNb04荧光粉。在980 nm激发下,探讨了GdNbO4:Er3+/Yb3+荧光粉上转换发光与稀土离子浓度依赖关系,结果表明上转换发光的最佳掺杂浓度Er3+为7 mol%,Yb3+为10m01%。在980 nm激发下,研究了GdNb04:10%Yb3+,7%Er3+荧光粉的温度效应,结果表明样品呈现出良好的光学温度传感特性。此外,建立了Er3+的两个绿色发射能级的温度猝灭模型,解释了荧光强度对温度的依赖关系。(6)采用高温熔融淬火法成功的合成了Tm3+/Yb3+共掺杂的氟氧化物碲酸盐玻璃。通过测得的吸收光谱,利用Judd-Ofelt理论计算了Tm3+在该氟氧化物碲酸盐玻璃中的光学跃迁性质。在980 nm激发下,探讨了上转换发光强度与Tm3+浓度依赖关系,确定了上转换发光的最佳掺杂浓度为0.1%Tm2O3。在980 nm激发下以3F2,3作为热耦合能级,分析了Tm3+在氟氧化物碲酸盐玻璃中的温度传感性能。
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