Gd3+/Tb3+离子掺杂氟氧玻璃的光谱性质分析

摘要

稀土掺杂玻璃是一种新型的发光材料，具有发光均匀、理化性能稳定、制备成本低、并且可制作成大尺寸和各种形状的器件等优点，在固态激光器、光通信、储能和三维显示以及非线性光学等领域具有重要应用。氟氧玻璃不仅具有氧化物玻璃机械强度好、化学稳定性和热稳定性高等特点，而且具有氟化物玻璃声子能量低、发光效率高等优点，成为最近几年人们研究的热点。本论文主要研究Gd3+/Tb3+离子掺杂LiF-MgF2-Al2O3-SiO2氟氧玻璃的结构、离子浓度与发光强度之间的关系，探索Gd3+→Tb3+的能量传递机制。其主要研究内容如下:
　　 1、采用熔融法制备了Gd3+、Tb3+离子单掺/共掺的LiF-MgF2-Al2O3-SiO2氟氧玻璃，并对它们的结构、热稳定性和透光性能进行了研究。玻璃的结构是由硅氧四面体[SiO4]和铝氧四面体[AlO4]以顶角相连的方式构成基本网络骨架;Li+、Mg2+、Gd3+或Tb3+等处于网络间隙;部分F-离子取代O2-离子位于网络内部，另一部分处于网络间隙;Al3+主要以铝氧四面体[AlO4]的形式存在，参与玻璃网络结构形成。所制备的氟氧玻璃具有较好的热稳定性和一定的抗析晶能力;在可见光区具有良好的透射性能，其紫外吸收边小于360 nm，有利于发射光的透过。
　　 2、研究了Tb3+离子单掺LiF-MgF2-Al2O3-SiO2氟氧玻璃的荧光性能。在紫外光的激发下，当Tb3+离子浓度较低时，可以同时观察到5D3→7FJ（蓝光）和5D4→7FJ（绿光）两种发射;当Tb3+离子浓度较高时，由于5D3→5D4与7F6→7F0之间的交叉驰豫作用加强，使得5D4能级的发射增强而5D3能级发射降低，Tb3+离子的发射由蓝光为主转变为绿光为主。特别是当Tb3+离子浓度为3.0和4.0 mol％时，其蓝光发射很小，或者说几乎没有，从而发射出近乎纯粹的绿光。Tb3+离子5D4能级的荧光衰减过程符合单指数规律，其荧光寿命为毫秒级，且在实验范围内相差不大。
　　 3、研究了Gd3+离子单掺和Gd3+/Tb3+离子共掺LiF-MgF2-Al2O3-SiO2氟氧玻璃的荧光性能。Gd3+离子单掺的氟氧玻璃主要发射311 nm的紫外光，其发光衰减过程符合单指数规律，衰减时间为毫秒级，且随Gd3+离子浓度的增大而减小。Gd3+/Tb3+离子共掺的氟氧玻璃在Gd3+离子的激发波长下，同时出现了Gd3+、Tb3+两种离子的特征发射;体系中存在有效的Gd3+→Tb3+共振能量传递，Gd3+离子能够有效地提高Tb3+离子的发光强度，其主要的作用机制为电偶极-电偶极的相互耦合。在Gd3+/Tb3+离子共掺玻璃样品中Tb3+离子5D4能级的荧光衰减过程符合单指数规律，其衰减时间为毫秒级，属于典型的Tb3+离子4f→4f禁阻跃迁。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 发光材料及稀土发光材料

1．2．1 发光材料

1．2．2 稀土发光材料

1．3 玻璃与氟氧玻璃

1．3．1 玻璃的定义

1．3．2 玻璃的通性

1．3．3 氟氧玻璃简介

1．4 Gd3+／Tb3+离子掺杂氟氧玻璃的研究进展

1．4．1 Tb3+离子单掺氟氧玻璃的研究情况

1．4．2 Gd3+／Tb3+离子共掺氟氧玻璃的研究情况

1．5 本论文的主要工作

第2章 实验过程

2．1 玻璃组成体系的设计

2．1．1 氟氧玻璃组分的选择

2．1．2 稀土离子的选择

2．2 玻璃的制备

2．3 玻璃的结构与性能测试

2．3．1 X射线粉末衍射(XRD)

2．3．2 红外光谱(IR)

2．3．3 差示扫描量热法(DSC)

2．3．4 吸收／透射光谱

2．3．5 荧光光谱(PL)

2．3．6 荧光寿命(FLT)

第3章 Tb3+离子单掺LiF-MgF2-Al2O3-SiO2玻璃的制备与光谱性质

3．1 引言

3．2 Tb3+离子单掺LiF-MgF2-Al2O3-SiO2玻璃的制备

3．3 Tb3+离子单掺LiF-MgF2-Al2O3-SiO2玻璃的结构

3．3．1 XRD分析

3．3．2 IR分析

3．4 Tb3+离子单掺LiF-MgF2-Al2O3-SiO2玻璃的性能

3．4．1 热学性能

3．4．2 透射性能

3．4．3 荧光性能

3．4．4 发光动力学分析

3．5 本章小结

第4章 Gd3+／Tb3+离子掺杂LiF-MgF2-Al2O3-SiO2玻璃的制备与光谱性质

4．1 引言

4．2 Gd3+单掺和Gd3+／Tb3+共掺LiF-MgF2-Al2O3-SiO2玻璃的制备

4．3 Gd3+单掺和Gd3+／Tb3+共掺LiF-MgF2-Al2O3-SiO2玻璃的结构

4．4 Gd3+单掺和Gd3+／Tb3+共掺LiF-MgF2-Al2O3-SiO2玻璃的性能

4．4．1 热学性能

4．4．2 透射性能

4．4．3 荧光性能

4．4．4 发光动力学分析

4．5 本章小结

结论

参考文献

致谢