稀土摻雜材料的紅光或白光上轉(zhuǎn)換及其與微結(jié)構(gòu)的關(guān)系.pdf

1、上轉(zhuǎn)換發(fā)光是指樣品吸收一定波長的光子而發(fā)射出相對較短波長的光子的現(xiàn)象。稀土離子就具有這種特殊的上轉(zhuǎn)換發(fā)光性能。在上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料中,紅光和白光材料由于在熒光標注和照明方面有巨大的應用價值而成為現(xiàn)在上轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的研究熱點。但上轉(zhuǎn)換紅光和白光材料都面臨兩個最主要的難題:1、如何有效的調(diào)制發(fā)光顏色,使紅光的純度更高,而白光的顏色更接近日光;2、如何有效提高發(fā)光強度。
　　對于上轉(zhuǎn)換紅光或白光材料,以往的研究手段主要集中于發(fā)光過程中電子的躍遷

2、機制研究,對材料的微結(jié)構(gòu)研究得很少。然而,眾所周知,材料的電、光、磁、熱、力等性能是與材料的結(jié)構(gòu)緊密聯(lián)系的。如果要深入的研究上轉(zhuǎn)換材料的發(fā)光特性,必須深入研究材料的微觀結(jié)構(gòu)、顯微成分分布、晶體場特性等與發(fā)光機理之間的關(guān)系。本論文的主要工作是以微觀組織結(jié)構(gòu)的研究為主要手段,去研究發(fā)光性能與相結(jié)構(gòu)、相組成及成分分布的關(guān)系,從而制備出發(fā)光性能更好的上轉(zhuǎn)換白光和紅光材料。通過采用這種研究方案,一方面,我們成功地在ZnO、BaTiO3納米晶和Pb

3、-Ba陶瓷中實現(xiàn)了強的上轉(zhuǎn)換白光發(fā)射;另一方面,在Pb-Zn-B陶瓷及ZnO納米晶中實現(xiàn)了有效的單色紅光發(fā)射,特別是將紅光的單色性提高到了優(yōu)于之前已報道結(jié)果的水平。論文工作的主要內(nèi)容可以分為以下4個部分:
　　1、在第3章中:采用高溫固相法制備了稀土Yb3+/Er3+共摻雜或Yb3+/Er3+/Tm3+三摻雜的 Pb基陶瓷體系,并研究了其發(fā)光性能與微結(jié)構(gòu)的關(guān)系:1、制備了Yb3+/Er3+共摻雜Pb-Zn-Si陶瓷材料,研究了其多

4、色(包括紅、綠、紫三條譜帶)上轉(zhuǎn)換發(fā)光特性與樣品的相組成、微觀成分分布及晶體微結(jié)構(gòu)的關(guān)系。這對后面的上轉(zhuǎn)換白光和單色紅光材料的的制備及性能研究具有一定的指導價值;2、基于多色光的研究工作,改進了樣品組分,采用高溫固相法制備了Yb3+/Er3+共摻雜Pb-Zn-B陶瓷材料。通過對樣品進行熱處理,改變其微結(jié)構(gòu)和成分的顯微分布,成功地制備出了發(fā)單一紅色光的陶瓷樣品。特別是將紅光的純度(紅光與雜質(zhì)光的強度比(抑制比):128)提高到了明顯優(yōu)于已

5、報道的其它體系的水平(抑制比<97)。深入分析了其單色紅光上轉(zhuǎn)換發(fā)光特性與樣品的相組成、微觀成分分布及晶體微結(jié)構(gòu)的關(guān)系;3、制備了Yb3+/Er3+/Tm3+三摻雜Pb-Ba陶瓷材料,通過調(diào)節(jié)組分和工藝成功地實現(xiàn)了強的上轉(zhuǎn)換白光。結(jié)合掃描電鏡和 X射線等研究手段分析了樣品的微觀相結(jié)構(gòu)和成分分布對Yb3+/Er3+/Tm3+三種稀土離子之間的復雜的能量傳遞過程的影響。
　　2、在第4章中:采用化學燃燒法制備了Yb3+/Er3+共摻雜

6、或Yb3+/Er3+/Tm3+三摻雜的ZnO納米體系,并成功地實現(xiàn)了上轉(zhuǎn)換紅光和白光發(fā)射。研究了Yb3+/Er3+共摻雜 ZnO納米晶的單色紅光產(chǎn)生的上轉(zhuǎn)換機制與樣品的相結(jié)構(gòu)、基質(zhì)聲子能量、摻雜稀土的含量及制備工藝之間的關(guān)系。特別是將稀土摻雜ZnO納米晶中的紅光純度提高到了98.82％(抑制比:84),明顯優(yōu)于已報道的ZnO納米晶的紅光純度(抑制比<50)。深入分析了Yb3+/Er3+/Tm3+三摻雜ZnO納米晶上轉(zhuǎn)換白光發(fā)射機理。研究

7、了其微觀相結(jié)構(gòu)和成分分布對Yb3+/Er3+/Tm3+三種稀土離子之間的復雜的能量傳遞過程的影響,特別是根據(jù)微結(jié)構(gòu)的分析,采用了降低稀土離子濃度,精細化制備工藝的手段,實現(xiàn)了ZnO單相納米晶的制備。
　　3、在第5章中:采用化學和物理相結(jié)合的復合法制備了Yb3+/Er3+/Tm3+三摻雜BaTiO3納米晶材料,實現(xiàn)了上轉(zhuǎn)換白光發(fā)射,特別是其有效的Er離子450納米發(fā)射的提高有利于降低上轉(zhuǎn)換白光發(fā)射的色分離。對這種有效的450納米發(fā)