稀土離子摻雜硅酸鹽發(fā)光材料的制備及發(fā)光特性研究.pdf

1、上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料因其具有發(fā)射光譜帶窄、無背景發(fā)光以及無光漂白等特殊性質(zhì)，在顯示與防偽技術(shù)、光存貯、可見激光器和光纖通訊等重要領(lǐng)域呈現(xiàn)巨大的應(yīng)用潛力，并得到廣泛關(guān)注。在上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的研究中，基質(zhì)材料的選擇對制備轉(zhuǎn)換效率高、應(yīng)用范圍廣的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料至關(guān)重要。由于堿土硅酸鹽具有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性質(zhì)，并且抗紫外轟擊能力強(qiáng)、激發(fā)范圍寬，這些優(yōu)點使其成為上轉(zhuǎn)換發(fā)光基質(zhì)材料的良好選擇。
　　本文通過高溫固相法在1400℃合成Ca3Y2Si3O

2、12∶Er3+，Ca3Y2Si3O12∶Er3+、Yb3+，Ca3Y2Si3O12∶Tm3+、Yb3+上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料。在980nm和1550nm泵浦激發(fā)下討論樣品的上轉(zhuǎn)換發(fā)光特性與發(fā)光機(jī)理。主要研究內(nèi)容包括:
　　1.采用高溫固相法在1400℃制備Ca3Y2Si3O12∶Er3+上轉(zhuǎn)換發(fā)光粉。通過1550nm泵浦激發(fā)，樣品呈現(xiàn)典型的峰位位于550nm（綠光）和670nm（紅光）的Er3+離子特征發(fā)射，其分別歸因于Er3+離子2H1

3、1/2/453/2→4I15/2、4F9/2→4I15/2躍遷過程。樣品UCL強(qiáng)度與泵浦功率對數(shù)曲線關(guān)系表明，發(fā)光粉綠光與紅光連續(xù)吸收三光子能量實現(xiàn)上轉(zhuǎn)換發(fā)射。在低摻雜條件下發(fā)光粉的上轉(zhuǎn)換發(fā)射主要通過基態(tài)和激發(fā)態(tài)躍遷過程實現(xiàn)。Ca3Y2Si3O12∶Er3+(1％)樣品IR/IG約為12∶1，具有高色純度的較強(qiáng)紅色發(fā)射。隨Er3+離子濃度逐漸增大，樣品綠光發(fā)射相對強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，而紅光發(fā)射強(qiáng)度則逐漸削弱。這與Er3+離子之間的能量轉(zhuǎn)移過程

4、有關(guān)，即Er3+離子對中4I13/2+4I13/2→4I15/2+4I9/2和4I13/2+4I9/2→4I15/2+2H11/2能量傳遞過程逐漸成為主要的傳遞機(jī)制。因此調(diào)節(jié)Er3+離子摻雜濃度，可在相同基質(zhì)條件下獲得顏色可調(diào)的高色純度上轉(zhuǎn)換發(fā)光。
　　2.采用高溫固相法制備Ca3Y2Si3O12∶Er3+、Yb3+上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料。在980nm泵浦激發(fā)下，樣品綠光、紅光上轉(zhuǎn)換發(fā)射峰位同樣位于550nm和670nm附近，均為雙光子吸

5、收過程。并且隨敏化劑Yb3+離子摻雜濃度的增加，綠光和紅光發(fā)射強(qiáng)度以及亮度均呈現(xiàn)先增強(qiáng)后減弱的變化趨勢，Yb3+最佳摻雜濃度為30％。當(dāng)樣品的Yb3+摻雜濃度在20％至35％范圍時，IG/IR數(shù)值為1.4，CIE中的色坐標(biāo)位置幾乎重合，發(fā)光顏色穩(wěn)定性良好。與單摻Er3+樣品相比在敏化劑Yb3+離子共摻雜下，Ca3Y2Si3O12的上轉(zhuǎn)換發(fā)光性質(zhì)發(fā)生顯著改變。
　　3.采用高溫固相法制備Ca3Y2Si3O12∶Tm3+，Yb3+上轉(zhuǎn)

6、換藍(lán)色發(fā)光材料。在980nm紅外激光器激發(fā)下，Tm3+離子1G4→3H6與3H4→3H6能級躍遷使樣品發(fā)射較強(qiáng)藍(lán)光(475nm)和近紅外光(810nm);1G4→3F4能級躍遷使樣品發(fā)射較弱的紅光(650nm)。樣品各發(fā)射峰強(qiáng)度與激發(fā)功率關(guān)系表明，藍(lán)光和紅光上轉(zhuǎn)換發(fā)射為三光子吸收過程、近紅外光上轉(zhuǎn)換發(fā)射為雙光子吸收過程。發(fā)光粉上轉(zhuǎn)換發(fā)射強(qiáng)度和發(fā)光亮度均隨Yb3+離子濃度增加，均呈現(xiàn)先增強(qiáng)后減弱的變化趨勢。當(dāng)激發(fā)功率密度為1.2W/cm2