稀土離子摻雜NaYF4納米顆粒及微晶玻璃的光學(xué)性能的研究.pdf

1、納米材料由于其獨(dú)特的量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)和介電限域效應(yīng)表現(xiàn)出許多獨(dú)特的性質(zhì),在催化、醫(yī)藥、生物標(biāo)記、通訊等方面均有廣闊的應(yīng)用前景。已有稀土離子、過渡金屬離子等在含納米晶的氟氧化物微晶玻璃中發(fā)光增強(qiáng)的報(bào)道,將這些離子摻雜到一維納米結(jié)構(gòu)的材料中也可能會(huì)發(fā)現(xiàn)其特殊的性質(zhì)。隨著納米科學(xué)與技術(shù)在各個(gè)傳統(tǒng)領(lǐng)域的滲透,以及稀土離子摻雜材料的優(yōu)異的光學(xué)性能,納米顆粒中稀土離子的光譜性質(zhì)及其潛在應(yīng)用近來頗受關(guān)注。本論文研究

2、課題的提出基于稀土離子摻雜納米晶的光學(xué)性能研究,包括以下三個(gè)部分:
　　 1.由于一維納米材料的一維取向性和限域性,如果在一維納米材料中引入發(fā)光活性中心,該一維納米材料的發(fā)光有可能是線偏振的,可應(yīng)用于一維線偏振光源、傳感、光探測(cè)器等。本文首先采用簡(jiǎn)單無毒的溶劑熱法,通過對(duì)反應(yīng)條件的討論,制備了大小、形貌可控的六方NaYF4納米顆粒,并在單個(gè)納米棒中引入發(fā)光活性中心對(duì)yb3+/Tm3+。在980nm連續(xù)激光激發(fā)下,觀察到Y(jié)b3+/

3、Tm3+共摻NaYF4納米棒有很強(qiáng)的上轉(zhuǎn)換可見發(fā)光。研究了單根納米棒的光學(xué)偏振性能,得到整體偏振發(fā)光率為0.31。同時(shí)計(jì)算了不同發(fā)射波長(zhǎng)440nm、635nm、703nm的偏振發(fā)光率,分別為0.37、0.17、0.97。對(duì)于Tm3+離子的不同發(fā)射波長(zhǎng)的偏振發(fā)光率不同的解釋仍顯不足,還值得深入研究。該NaYF4納米顆粒有望用于制備一維納米線偏振光源。
　　 2.稀土離子摻雜于氟氧微晶玻璃中綜合了其在玻璃和氟化物納米晶的優(yōu)點(diǎn),既擁有

4、玻璃易制備、易拉制成光纖的性質(zhì),又兼具了其在納米晶優(yōu)越的光學(xué)性能。本文制備了Tm3+-yb3+共摻的含CaF2納米晶相的氟氧化物透明玻璃,利用XRD、HREM、SAED、吸收光譜、穩(wěn)態(tài)熒光光譜等表征手段,對(duì)Tm3+在微晶玻璃和玻璃中中紅外發(fā)光強(qiáng)度進(jìn)行比較,觀察到微晶玻璃中中紅外發(fā)光更強(qiáng),當(dāng)Yb3+濃度為8.mol％時(shí),微晶玻璃中中紅外發(fā)光增強(qiáng)了兩倍。同時(shí)不同溫度下的中紅外發(fā)光測(cè)試表明,在該基體中可忽略環(huán)境溫度的影響。利用J-O理論對(duì)Tm

5、3+離子在微晶玻璃和玻璃中的光學(xué)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果表明在微晶玻璃中Tm3+的中紅外激光輸出更強(qiáng)。該氟氧微晶玻璃體系相對(duì)氟化物玻璃來說更適合于作為中紅外激光輸出基體。
　　 3.基于熒光強(qiáng)度比技術(shù)的光學(xué)溫度傳感器由于準(zhǔn)確性高、成本低、檢測(cè)簡(jiǎn)單、不易受外界因素的影響成為新的研究熱點(diǎn)。它要求稀土離子摻雜在合適的基體中,在低功率的激發(fā)光源的激勵(lì)下能得到強(qiáng)的上轉(zhuǎn)換信號(hào)。氟氧微晶玻璃兼具了氧化物玻璃耐高溫和氟化物晶體低聲子能量、稀土離子發(fā)光