LiTaO3：Ho3+/Yb3+/Tm3+多晶发光材料的制备及上转换特性研究

摘要

上转换荧光材料的应用领域非常广，在医疗、照明、能源、科研等诸多领域都有应用，逐渐成为21世纪的研究新星。本论文中描述的稀土掺杂LiTaO3多晶集稀土离子的上转换性能和钽酸锂优异的光学特性于一身，对发光材料的研究发展以及实际生产具有非常重要意义。 实验采用高温固相合成法制备了多组具备不同Ho3+、Yb3+与Tm3+掺杂浓度的LiTaO3多晶。测试了双掺Ho3+/Yb3+，双掺Tm3+/Yb3+以及三掺Ho3+/Yb3+/Tm3+的LiTaO3多晶的X射线衍射图谱，紫外-可见吸收谱，上转换荧光发射谱及上转换荧光寿命。探究了不同稀土离子对上转换荧光强度和色度的调节作用，分析了此过程的上转换发光的机制，为获取高效的上转换白光提供了理论依据和试验指导。 依照X射线衍射测试结果，可以判断LiTaO3多晶在掺入稀土离子后的晶架结构依旧是三方晶系，联合紫外-可见吸收谱中吸收边的移动趋势，剖析稀土离子在晶体中的占位规律。 对于Ho3+/Yb3+双掺和Tm3+/Yb3+双掺LiTaO3多晶样品，我们测试了其在980nm泵浦源的激发下的上转换荧光谱和上转换荧光寿命。结合Ho3+、Yb3+和Tm3+离子的能级分布，分析双掺体系中稀土离子之间上转换机理。本部分实验中，采用单一掺杂浓度变量，为上转换白光发射在Ho3+/Yb3+/Tm3+三掺LiTaO3多晶中实现的奠定了基础。 在双掺实验的基础上，紧接着我们测试了Ho3+/Yb3+/Tm3+三掺LiTaO3多晶的上转换荧光谱和上转换荧光寿命，并在此基础上，得到各组样品的CIE色度坐标后将之与标准等能量白光相比较。研究了改变材料中发光离子的浓度对LiTaO3:Ho3+/Yb3+/Tm3+多晶体系的上转换荧光强度和色度的影响，探讨Ho3+/Yb3+/Tm3+三掺体系中的上转换发光机理。 根据此前的分析结果，我们调整材料中Ho3+、Yb3+与Tm3+的浓度以实现在980nm泵浦源的激发下LiTaO3:Ho3+/Yb3+/Tm3+多晶体系的上转换白光输出。最后我们得到配比为LiTaO3:0.05mol％Ho3+/2.0mol％Yb3+/0.4mol％Tm3+时输出的荧光最为接近标准白光发射。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题的研究背景与意义

1．2稀土发光材料简介

1．3 LiTaO3多晶基质材料简介

1．3．1 LiTaO3的结构与性质

1．3．2 LiTaO3的本征缺陷

1．4上转换发光技术简介

1．5国内外研究现状

1．6本课题的研究内容

第2章钽酸锂多晶的制备及性能测试

2．1引言

2．2 LiTaO3多晶的制备方法

2．3化学试剂和实验仪器

2．4测试方法简介

2．4．1 X射线衍射测试

2．4．2紫外-可见吸收光谱

2．4．3上转换发射光谱测试

2．4．4荧光寿命测试

2．5本章小结

第3章双掺钽酸锂多晶晶体结构与上转换发光特性研究

3．1引言

3．2晶体制备与测试

3．2．1晶体制备过程

3．2．2晶体各项测试

3．3．2紫外-可见吸收光谱测试结果与分析

3．3．3上转换发射光谱的测试结果与分析

3．3．4上转换荧光寿命的测试结果与分析

3．3．5 LiTaO3：Ho3+/Yb3+多晶的上转换发光机制研究

3．4 LiTaO3：Tm3+/Yb3+多晶的测试结果与讨论

3．4．1 X射线衍射测试结果与分析

3．4．2紫外- 可见吸收光谱测试结果与分析

3．4．3上转换发射光谱的测试结果与分析

3．4．4上转换荧光寿命的测试结果与分析

3．4．5 LiTaO3：Tm3+/Yb3+多晶的上转换发光机制研究

3．5本章小结

第4章三掺钽酸锂多晶晶体结构与上转换发光特性研究

4．1引言

4．2晶体制备与测试

4．2．1晶体的制备过程

4．2．2晶体各项测试

4．4稀土离子对LiTaO3：Ho3+/Yb3+／Tm3+多晶离子占位影响

4．4．1 Ho3+浓度对LiTaO3：Ho3+/Yb3+／Tm3+多晶紫外吸收边影响

4．5稀土离子对LiTaO3：Ho3+/Yb3+／Tm3+多晶上转换荧光性能影响

4．5．1 Ho3+浓度对LiTaO3：Ho3+/Yb3+／Tm3+多晶上转换荧光强度的影响

4．5．2 Tm3+浓度对LiTaO3：Ho3+/Yb3+／Tm3+多晶上转换荧光强度影响

4．5．3 LiTaO3：Ho3+／Yb3+／Tm3+多晶的上转换发光机制研究

4．5．4稀土离子对LiTaO3：Ho3+/Yb3+／Tm3+多晶上转换荧光寿命影响

4．5．5稀土离子浓度对LiTaO3：Ho3+/Yb3+／Tm3+多晶上转换荧光色度影响

4．6本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢