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1、上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料,即具有從低能級(jí)通過(guò)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(guò)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(lái)制作短波長(zhǎng)的激光器、傳感器、彩色顯示器和紅外探測(cè)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(wú)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(guò)在ZnO和TiO2基質(zhì)中共摻雜Er3+-Yb3+稀土離子,并對(duì)稀土摻雜后的樣品進(jìn)行表面修飾來(lái)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(guò)籽晶沉積的方法用Gd2O3對(duì)樣品進(jìn)行表面修飾。通過(guò)XRD和HRTEM測(cè)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(shí),樣品E的HRTEM測(cè)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(méi)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?yàn)镋r3+和Yb3+的半徑
4、比Zn2+要大,用Gd2O3對(duì)樣品進(jìn)行表面修飾后會(huì)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(cè)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(jí)躍遷引起。表面修飾9
5、6小時(shí)后兩種光的發(fā)光強(qiáng)度分別增加到原來(lái)的17.9和149.6倍,紅綠比由原來(lái)的0.036變?yōu)?.298,這種材料在短波長(zhǎng)激光器、傳感器、彩色顯示器和紅外探測(cè)器等方面有潛在的應(yīng)用價(jià)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(duì)納米晶進(jìn)行不同時(shí)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(shí)間對(duì)樣品發(fā)光性能的影響。結(jié)構(gòu)測(cè)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(wú)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(shí)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(yáng)能電池和光子晶
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