离子掺杂对上转换材料发光性能的影响研究(2)

菜单

1.4 上转换材料的应用 6

1.5 上转换材料效率影响因素 6

1.6 本课题研究内容 6

1.7 本论文的选题意义和目的 7

2. Pr3+单掺Y2SiO5上转换材料的制备及表征 8

2.1 实验部分 8

2.2 DSC-TGA分析 10

2.3 煅烧温度对材料晶型的影响 11

2.4 不同Pr3+掺杂浓度对材料发光性能的影响 11

2.5 本章小结 13

3. Pr3+、Cu2+双掺杂Y2SiO5上转换材料的制备及表征 15

3.1 实验部分 15

3.2 Cu2+掺杂浓度对晶型影响 15

3.3 DSC-TGA分析 16

3.4 煅烧温度对样品晶型影响 17

3.5 上转换性能分析 18

3.6 SEM形貌表征 19

3.7 本章小结 19

4. Pr3+、Zn2+双掺杂Y2SiO5上转换材料的制备及表征 20

4.1 实验部分 20

4.2 Zn2+掺杂浓度对样品晶型的影响 20

4.3 荧光分析 21

4.4 SEM形貌表征 22

4.5 本章小结 22

结论 23

致谢 24

参考文献 25

附录 27

1. 绪论

稀土离子的上转换发光是指当采用波长较长的激发光照射掺杂稀土离子的样品时,发射出波长小于激发光波长的光的现象。近年来随着信息处理、数据存储、激光打印、水下通信、视频显示、表面处理技术及固体三维立体显示的迅速发展,对蓝绿波段乃至更短波长的激光器的需求越来越多,从而促进了频率上转换发光研究的进一步发展。而激光频率的上转换是实现全固体化、简单廉价、结构紧凑的可见光激光器的最有前途的手段之一。[1]稀土激活的上转换发光材料具有优良的性能，在稀土离子掺杂的晶体、玻璃、光纤等材料中都有上转换发光现象的报道。硅酸钇材料的结构特点和系列优异的物理化学性能,使其可以作为高性能陶瓷(如石墨、C/C复合材料及SiC结构陶瓷等)高温抗氧化涂层材料、光学基质材料和介电材料等。对硅酸钇材料的深入研究使其在高温热障、光学以及微电子等诸多领域获得更加广泛的应用。硅酸钇材料的晶体结构中含有两个畸变的八面体Y格位和一个畸变的四面体Si格位,这两个Y的格位都可以被掺杂的稀土或过渡金属离子所取代。随着掺入稀土的不同,Y2SiO5材料的功能也随之改变。此外硅酸钇良好的化学和热稳定性, 使其广泛被用作发光材料和激光材料的基质[2]。文献综述

1.1 上转换发光机理[3-5]

稀土离子的上转换发光是基于稀土元素4f电子间的跃迁产生的。大体上可将上转换过程归结为三种形式：激发态吸收，能量转移和光子雪崩。激发态吸收过程(ESA)是由Bloembergen[6]等于1959年提出的，其原理是同1个离子从基态能级通过连续的多光子吸收到达能量较高的激发态能级的一个过程，是一种最为常见的上转换发光过程。发光中心处于基态能级E1上的离子吸收1个能量为ɸ1的光子跃迁至中间亚稳态E2能级。如果光子的振动能量正好与E2能级和更高激发态能级E3的能量间隔匹配，则E2能级上的该离子通过吸收该光子能量而跃迁至E3能级形成双光子吸收。如果满足能量匹配的要求，E3能级上的该离子还有可能向更高的激发态能级跃迁而形成三光子、四光子吸收，依此类推（见图1.1）。只要该高能级上粒子数足够多，形成粒子数反转，就可实现较高频率的激光发射，出现上转换发光。