稀土(Pr3+,Sm3+,Er3+,Yb3+)共掺氧化铝的光学特性

摘要

稀土掺杂发光材料不仅可以在照明方面发挥重要作用,而且在环境、能源、医疗、军事等诸多领域也发挥着不可替代的作用。
　　 首先,采用非水性溶胶-凝胶法分别制备了单掺Pr3+、Pr3+／Yb3+、Pr3+／Yb3+／Ag+共掺的氧化铝粉末样品和单掺Sm3+、Sm3+／Yb3+／Er3+共掺氧化铝粉末样品。用激发光谱、发射光谱、X射线衍射(XRD)谱和上转换荧光光谱等方法表征了样品的荧光特性,讨论了能量传递机制,以及不同浓度掺杂对样品荧光强度的影响。根据单掺Pr3+氧化铝粉末样品XRD谱图研究了Pr3+离子的掺入对Al2O3基质的相组成的影响,建立了1000℃烧结温度的Pr3+掺杂Al2O3的相组成图,发现体系中存在γ-Al2O3和θ-Al2O3相,随掺杂浓度的增加衍射峰强度减弱。
　　 其次,测得了单掺Pr3+、Pr3+／Yb3+共掺Al2O3粉末样品的激发光谱和发射光谱,在监测Pr3+离子的657 nm特征发射时,得到了最佳激发波长540 nm,且观测到在280 nm处出现了Al2O3基质的吸收跃迁激发峰；用376,426,540 nm不同波长激发样品时,分别得到了Pr3+离子的蓝光(468 nm)、绿光(541 nm)和红光(655 nm)发射,而且讨论了不同Pr3+、Yb3+掺杂浓度对激发光谱和发射光谱的影响。结果表明,Yb3+离子对Pr3+离子的发光具有敏化作用。
　　 再次,讨论了Pr3+／Yb3+共掺和Pr3+／Yb3+／Ag+共掺样品的上转换机制,Pr3+／Yb3+掺杂Al2O3具有发射波长为410,490,525,546和658 nm的上转换发光特性,Yb3+共掺杂提高了Pr3+掺杂Al2O3粉末样品的上转换发光强度,Pr3+、Yb3+浓度为0.1 mol％和1 mol％时最佳。Yb3+离子不仅对Pr3+离子具有敏化作用,在Yb3+离子掺杂浓度较低时,还存在Pr3+向Yb3+的反向能量传递过程。重金属银的引入降低了Pr3+离子3P1能级寿命,增加了3P0能级寿命,使Pr3+离子的551 nm(3P0→3H5)的荧光强度强于527 nm(3p1→3H5)的荧光强度。
　　 最后,分析了单掺Sm3+、Sm3+／Yb3+／Er3+共掺Al2O3粉末样品。根据激发光谱和发射光谱可知,用402 nm波长光激发时,对610 nm波长发射最有利。讨论了引起Sm3+浓度猝灭的因为。测量了980 nm泵浦下样品的上转换发光光谱,分析了主要发射峰的上转换机制,结果表明,Er3+和Yb3+离子的加入增强了658 nm的上转换荧光强度,其能量传递方式为:Sm3+离子→Yb3+离子→Er3+离子。分析上转换荧光强度与泵浦功率之间的关系表明,525,547,658nm的上转换发光均属双光子过程

目录

文摘

英文文摘

1 引言

1.1 选题的科学意义

1.2 稀土掺杂材料发光研究进展

1.2.1 国外进展

1.2.2 国内进展

1.3 基质材料及掺杂稀土元素的选择

1.4 本文主要内容

2 溶胶凝胶法简介及氧化铝基质材料的制备

2.1 溶胶凝胶法特点

2.2 溶胶凝胶的基本原理

2.2.1 溶胶凝胶机制

2.2.2 溶胶凝胶中的基本反应

2.3 溶胶凝胶法的基本工艺

2.3.1 溶胶的制备阶段

2.3.2 凝胶化阶段

2.3.3 凝胶的干燥阶段

2.4 掺杂稀土元素氧化铝的制备

2.4.1 异丙醇铝[Al(OC3H7)3]的制备

2.4.2 氧化铝溶胶的制备

2.4.3 稀土掺杂Al2O3粉末制备

3 掺镨系列氧化铝粉末光谱分析

3.1 荧光光谱的测量

3.1.1 激发光谱

3.1.2 发射光谱

3.2 结果与讨论

3.2.1 掺镨系列氧化铝粉末样品的相结构分析

3.2.2 掺镨系列氧化铝粉末的激发光谱

3.2.3 掺镨系列氧化铝粉末的发射光谱

3.3 掺镨系列氧化铝粉末的上转换发光研究

3.3.1 实验过程

3.3.2 上转换光谱分析

4 单掺Sm3+、Sm3+/Er3+/Yb3+共掺氧化铝粉末光学特性的研究

4.1 单掺Sm3+、Sm3+/Er3+/Yb3+共掺氧化铝粉末的激发光谱

4.2 单掺Sm3+、Sm3+/Er3+/Yb3+共掺氧化铝粉末的发射光谱

4.3 单掺Sm3+、Sm3+/Er3+/Yb3+共掺氧化铝粉末的上转换发光特性研究

4.4 荧光强度与泵浦电压的关系研究

5 总结

5.1 论文研究工作总结

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢