表面修飾對Er3+-Yb3+共摻雜ZnO、TiO2納米晶上轉(zhuǎn)換發(fā)光性能提高的研究.pdf

1、上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料，即具有從低能級通過吸收光子而發(fā)光的新材料，這種材料的制備及其特性描述受到了廣泛的關(guān)注，大量的研究表明，經(jīng)過稀土摻雜的晶體、玻璃和陶瓷被認(rèn)為是潛在的上轉(zhuǎn)換材料，這種材料被用來制作短波長的激光器、傳感器、彩色顯示器和紅外探測器等。然而上轉(zhuǎn)換發(fā)光的效率并不是很高，因此如何提高上轉(zhuǎn)換發(fā)光效率成為了人們廣泛關(guān)注的話題。選擇合適的基質(zhì)材料，可以極大的提高上轉(zhuǎn)換發(fā)光的效率。纖鋅礦ZnO作為一種寬帶隙半導(dǎo)體材料，具有較低的聲子能量，是一

2、種非常好的上轉(zhuǎn)換基質(zhì)材料;而TiO2也是一種穩(wěn)定（其熔點(diǎn)高達(dá)1830℃）、無毒的、耐腐蝕的寬帶隙(金紅石相3.0 eV，銳鈦礦相為3.2 eV)的半導(dǎo)體材料，同樣具有較低的聲子能量，在制作上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料方面有很好的應(yīng)用前景。
　　在本文中，我們主要通過在ZnO和TiO2基質(zhì)中共摻雜Er3+-Yb3+稀土離子，并對稀土摻雜后的樣品進(jìn)行表面修飾來提高樣品的上轉(zhuǎn)換發(fā)光效率，具體如下:
　　1.Er3+-Yb3+共摻雜ZnO納米晶:

3、應(yīng)用溶膠凝膠法制備出一系列的Er3+-Yb3+共摻雜ZnO納米晶作為籽晶，然后通過籽晶沉積的方法用Gd2O3對樣品進(jìn)行表面修飾。通過XRD和HRTEM測試表明:Er3+-Yb3+共摻雜ZnO納米晶的粒徑大小為40-70 nm，Gd2O3殼層的厚度約為1nm，同時，樣品E的HRTEM測試結(jié)果表明Er3+-Yb3+共摻雜ZnO納米晶的晶格常數(shù)a=3.31(A)，比沒有進(jìn)行稀土離子摻雜的基質(zhì)材料的晶格常數(shù)要大，這是因為Er3+和Yb3+的半徑

4、比Zn2+要大，用Gd2O3對樣品進(jìn)行表面修飾后會在ZnO納米晶的表面形成厚度約為1nm的殼層，并且殼層是以多晶的形式包裹在核的外面。上轉(zhuǎn)換發(fā)光研究表明:在980 nm的激光器激發(fā)下，所有的樣品用肉眼均可以直接觀測到明顯的紅光和綠光發(fā)射，樣品的峰位于515-538 nm、538-567 nm和646-674 nm之間，這些發(fā)光峰分別由2H11/2-4 I15/2、4S3/2-4I15/2和4F9/2-4I15/2能級躍遷引起。表面修飾9

5、6小時后兩種光的發(fā)光強(qiáng)度分別增加到原來的17.9和149.6倍，紅綠比由原來的0.036變?yōu)?.298，這種材料在短波長激光器、傳感器、彩色顯示器和紅外探測器等方面有潛在的應(yīng)用價值。
　　2.Er3+-Yb3+共摻雜TiO2納米晶:采用溶膠凝膠法制備出一系列的Er3+-Yb3+共摻雜TiO2納米晶（其中Er3+的摻雜濃度一定，而Yb3+的摻雜濃度不同），然后用Mo(NO3)3對納米晶進(jìn)行不同時間的表面修飾。詳細(xì)研究了不同Yb3+摻

6、雜濃度和不同的修飾時間對樣品發(fā)光性能的影響。結(jié)構(gòu)測試表明Er3+和Yb3+成功的摻雜進(jìn)了TiO2基質(zhì)中，TiO2單晶包裹在無定形的基質(zhì)中。表面修飾之前樣品的發(fā)光強(qiáng)度隨著Yb3+濃度的增大，先增強(qiáng)然后減弱。表面修飾可以增強(qiáng)所有樣品的發(fā)光強(qiáng)度，其中發(fā)光強(qiáng)度最大的樣品是進(jìn)行表面修飾24小時的Er3+(1％)-Yb3+(10％)共摻雜TiO2納米晶。在980nm的激光器激發(fā)下，所有的樣品用肉眼均可以直接看到發(fā)光現(xiàn)象，這種材料在太陽能電池和光子晶