掺Er系列溶胶凝胶硅酸盐玻璃的制备和光谱性质研究

摘要

本论文主要利用溶胶凝胶技术分别制备了Er3+、Er3+：Yb3+、Er3+：Ce3+掺杂的纯硅酸盐玻璃和Er3+掺杂的铝硅酸盐玻璃和钾铝硅酸盐玻璃，并研究了它们的近红外发光和上转换发光性质，以及在铝硅酸盐玻璃和钾铝硅酸盐玻璃中K+和Al3+对Er3+的发光性质的影响机制。本论文的主要内容和得到的主要结果如下： 1.合成了Er3+单掺、Er3+：Yb3+双掺、Er3+：Ce3+双掺的纯硅酸盐玻璃和Er3+单掺的(钾)铝硅酸盐玻璃，测试并分析了其差热—热重分析谱图；测量了其XRD谱图，发现在1000℃以下，其结构形态仍为无定形态，即非晶态。 2.在单掺Er3+的纯硅酸盐玻璃中，377nm和980nm光分别激发下，各个掺杂浓度的玻璃样品均能观测到近红外1536nm荧光和可见区荧光，得到纯硅酸盐玻璃样品中Er3+的最佳掺杂浓度只有0.5％(摩尔比)，这主要是因为玻璃中团簇在一起的Er3+离子之间存在强的交叉弛豫作用，导致了荧光浓度猝灭。在980nm光激发下，各样品只有一个654nm波长的红光上转换。 3.在Er3+：Yb3+双掺的纯硅酸盐玻璃中，980nm光激发下，Yb3+有效敏化Er3+大大提高了Er3+对泵浦光的吸收，从而使得玻璃样品的近红外发光和上转换发光均明显增强。 4.首次采用溶胶凝胶法制备出Er3+：Ce3+双掺的纯硅酸盐玻璃，Ce3+的掺入加速了Er3+的4I11/2→4I13/2弛豫，增加了4I13/2→4I15/2辐射跃迁几率，不仅使红外发光1536nm增强；而且因减少了4I11/2能级的粒子数布居，使上转换发光强度减弱，这对获得高效的1536nm光输出是非常有利的。 5.在纯硅酸盐的基础上引入Al(NO3)3·9H2O，合成了掺Er3+的铝硅酸盐玻璃。引入的A13+在改变样品内部结构的同时，有效疏散样品中团簇在一起的Er3+离子，降低了Er3+离子之间的交叉弛豫几率，使样品的近红外荧光强度增强20多倍，荧光寿命从4.8ms延长到7.1ms。 6.通过测量铝硅酸盐玻璃样品的上转换荧光发现，Er3+离子的上转换机制除了激发态吸收和双光子吸收外，还应该存在另外一种上转换机制-能量传递上转换，而且在低功率泵浦光激发下，这种上转换机制占主要地位。 7.首次利用溶胶凝胶技术将K+和Al3+同时引入到纯硅酸盐玻璃中，合成了钾铝硅酸盐玻璃材料。而且K+的引入减少了样品中残留的OH-含量，降低了样品中Er3+与OH-之间的能量传递几率，使样品的近红外荧光强度增强70多倍，荧光寿命从4.8ms延长到11.2ms。

目录

文摘

英文文摘

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第一章引言

第二章基本理论

第三章实验方法

第四章掺Er纯硅酸盐玻璃的光谱性质

第五章掺Er铝硅酸盐和钾铝硅酸盐玻璃的光谱性质

第六章结论

后续工作

硕士期间完成的论文

致谢