Er3+/Yb3+掺杂Gd2(MoO4)3材料的制备及荧光特性分析

摘要

稀土离子掺杂的上转换光致发光材料因其优越的光谱特性已经被广泛的应用于激光晶体、荧光显示、生物成像及温度传感等多个领域。由于晶体生长困难，制造成本高等原因，对稀土掺杂材料的研究越来越向纳米晶及荧光薄膜等其他方向发展。在以Gd2(MoO4)3为基质的掺杂材料中，不同稀土离子掺杂的纳米晶的荧光特性已经被较为广泛的研究，但其薄膜材料的相关性质则很少被关注。本论文中将以旋转涂覆法(Spin-coating)制备Er3+/Yb3+掺杂的Gd2(MoO4)3薄膜材料为出发点，对薄膜制备过程中的溶胶生成、旋涂控制及表面形貌等因素进行优化分析，最终得到形貌可控、荧光明亮的薄膜样品。紧接着采用稀土离子的Judd-Ofelt理论对薄膜吸收光谱进行计算，分析其理论荧光性质及能级跃迁规律。最后利用薄膜材料热效应较低的特点，得到了高精度的薄膜荧光温度计，应用温度计对纳米晶样品热效应进行分析，并采用能级速率方程对激光泵浦下样品的荧光强度规律进行拟合。
　　首先进行了Er3+/Yb3+掺杂的Gd2(MoO4)3薄膜的制备及表征。制备了Er3+/Yb3+掺杂的有机溶胶，采用旋转涂覆法在石英衬底上分散为厚度均匀的液态薄膜，置于马弗炉中热处理后得到Gd2(MoO4)3薄膜样品。对薄膜制备过程中的参数进行了优化控制，得到最佳的制备条件为：0.05 M-0.10 M浓度的溶胶，制胶过程中添加适量冰乙酸及柠檬酸，旋涂后经合适温度干燥及预处理，置于马弗炉中热处理，得到厚度为μm级、表面粗糙度nm级的上转换发光薄膜。
　　从薄膜样品的吸收光谱出发，在缺少稀土离子浓度等关键参数的情况下，引入相关待定参数PNL，运用Judd-Ofelt理论对样品J-O强度参量进行拟合，得到Ω2=4.172×10-20 cm2，Ω4=3.739×10-20 cm2，Ω6=0.632×10-20 cm2，并对Er3+各能级间的理论跃迁几率、能级寿命等计进行计算，对其能级跃迁的机制进行了分析。
　　制备得到的石英衬底上的薄膜样品，由于分散均匀、厚度极薄及散热性好等特点，在激光泵浦下的基质热效应可以忽略，应用这一独特优势，制作了Er3+的热耦合能级(2H11/2和4S3/2)荧光温度计，运用荧光温度计对纳米晶样品在激光泵浦下的热效应规律进行分析，并采用能级速率方程进行拟合得激光泵浦功率与上转换荧光强度的理论对应关系。

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第1章 绪 论

1.1 稀土元素的研究背景

1.2 稀土掺杂材料的性质及应用

1.3 稀土掺杂钼酸盐及薄膜材料上转换荧光研究进展

1.4 课题的主要研究目的及内容

第2章 Gd2(MoO4)3:Er3+/Yb3+荧光材料制备及表征

2.1 引言

2.2 样品的制备

2.3 Gd2(MoO4)3:Er3+/Yb3+纳米晶样品表征及荧光光谱测量

2.4 Gd2(MoO4)3:Er3+/Yb3+薄膜样品表征及荧光光谱测量

2.5本章小结

第3章 Gd2(MoO4)3:Er3+/Yb3+薄膜Judd-Ofelt理论计算

3.1 引言

3.2 薄膜形貌特征及上转换荧光光谱

3.3 基于吸收谱的薄膜J-O理论计算

3.4 Er3+/Yb3+掺杂体系上转换发光机理分析

第4章 Gd2(MoO4)3:Er3+/Yb3+温度特性及热效应研究

4.1 引言

4.2薄膜荧光温度特性

4.3纳米晶基质热效应分析

4.4纳米晶荧光强度计算

4.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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致谢