三种典型稀土离子掺杂微/纳米氟化物上转换发光材料的制备与发光性质研究

摘要

镧系元素掺杂的上转换发光材料是一种可以将低能量的近红外光转化为高能量的紫外或可见光的无机晶体材料。由于其独特的光学性质，在3D显示技术、温度传感器、上转换（UC）激光器、生物医学成像等领域有潜在的应用，而引起了广泛关注。然而，较低的上转换发光效率限制了这些材料在诸多领域的应用。与氧化物基体系相比，氟化物具有低声子能量，从而降低稀土离子激发态的猝灭。本博士论文针对上述问题，以稀土掺杂的三种典型的氟化物BaLiF3、NaLuF4和NaGdF4为研究对象，以提高上转换发光强度为切入点。从而推进上转换材料在多色显示、温度传感、光学加热等方面的应用。本文的主要研究结果如下：　　1通过湿化学合成了一系列xmol%Yb,1mol%Ho/1mol%Er/1mol%Tm共掺BaLiF3微晶，研究不同反应条件对基质成相、形貌尺寸和发光性能等特性的影响。研究在不同pH值下样品的溶解再结晶的过程及其对形貌的影响。研究其可能的生长机理。研究Yb3+浓度掺杂对BaLiF3:xmol%Yb,1mol%Ho上转换发光的影响。并研究Li+离子掺杂增强Er3+-Yb3+共掺的BaLiF3微晶的上转换发光机制。为BaLiF3微晶在生物以及多色发射的微米器件领域的应用打下基础。　　2研究Li+掺杂对NaLuF4:Ln(Ln=Yb,Ho,ErandTm)纳米/微米晶体、形貌和尺寸的影响。探究通过Gd3+离子的掺杂和制备工艺两条路径，合成良好的NaLuF4:10mol%Yb,1mol%Ho,xmol%Li(0≤x≤20)单相样品。研究NaLuF4:10mol%Yb,1mol%Tm,xmol%Li(0≤x≤20)样品的发光强度与温度的依赖关系，探究异常增强的红光（695nm）发射机制。在Li+掺杂的NaLuF4:10mol%Yb,1mol%Er,xmol%Li(0≤x≤18)晶体中，探究占据位点的情况和对样品形貌的影响，Li+掺杂浓度对提高稀土离子上转换发光效率的机制。　　3.研究了Mn2+离子掺杂对基质形貌尺寸、发光性能、温度传感和光学加热等特性的影响。主要包括NaGdF4:20mol%Yb,1mol%Tm,xmol%Mn、NaGdF4:20mol%Yb,1mol%Er,xmol%Mn与NaGdF4:20mol%Yb,1mol%Ho,xmol%Mn样品，其发光颜色覆盖了从蓝光到近红外光的区域。系统研究了Mn2+对这三种材料上转换发光性能的影响。同时，探究其能量传递的机制。研究由激发功率引起的FIR变化和光学加热性能，为上转换纳米颗粒在光谱调控，多色输出、温度传感中的应用提供了有效的指导。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 上转换概述

1.2.1 上转换发光机理

1.3 上转换纳米材料的应用及研究进展

1.3.1 上转换纳米材料的生物医学应用

1.3.2 上转换纳米材料在温度传感方面的应用

1.4 存在的问题以及提高上转换发光效率的途径

1.5 上转换发光材料形貌可控合成及意义

1.5.1 微乳液法

1.5.2 水热/溶剂热法

1.6 本论文的选题意义及结构

1.6.1 选题意义

1.6.2 论文结构

参考文献

第二章 实验部分

2.1 样品的合成

2.1.1 实验药品

2.1.2 实验设备

2.1.3 样品的制备方法

2.2 样品的测试与表征

2.2.1 X射线衍射（XRD）

2.2.2 扫描电镜（SEM）

2.2.3 透射电镜（TEM）

2.2.4 上转换发射光谱（UCL）

2.3 计算、分析软件

2.3.1 CIE色度图

2.3.2 晶体电子结构分析、计算软件

第三章 BaLiF3:Yb,Ho/Er/Tm微米晶体的制备、形貌以及上转换发光性能的研究

3.1 引言

3.2 样品制备

3.2.1 微乳液法

3.2.2 水热——微乳液法

3.3 结果与讨论

3.3.1 BaLiF3基质的形貌尺寸以及发光性质

3.3.2 BaLiF3:xmol%Yb,1mol%Ho(5≤x≤25)的上转换发光性能

3.3.3 BaLiF3:xmol％Yb,1mol%Er(5≤x≤20)的上转换发光性能

3.3.4 BaLiF3:xmol%Li,5mol%Yb,1mol%Er(200≤x≤300)的上转换发光性能

3.3.5 BaLiF3:xmol%Yb,1mol%Tm(1≤x≤5)的上转换发光性能

3.4 本章小结

参考文献

第四章 Li+掺杂NaLuF4：Yb,Ho/Tm/Er微/纳米晶体的上转换发光和温敏特性研究

4.1 引言

4.2 样品制备

4.3 结果与讨论

4.3.1 NaLuF4:10mol%Yb,1mol%Ho,xmol%Li(0≤x≤18)的制备与发光性质研究

4.3.2 NaLuF4:10mol%Yb,1mol%Tm,xmol%Li(0≤x≤20)的制备与发光性质研究

4.3.3 NaLuF4:10mol%Yb,1mol%Er,xmol%Li(0≤x≤18)的制备与发光性质研究

4.4 本章小结

参考文献

第五章 Mn2+离子浓度对稀土离子掺杂NaGdF4纳米晶体的上转换发光、温度传感以及光学加热性能的影响研究

5.1 引言

5.2 样品制备

5.2.1 合成NaGdF4:20mol%Yb,1mol%Tm,xmol%Mn(0≤x≤40)系列样品

5.2.2 合成NaGdF4:20mol%Yb,1mol%Er,xmol%Mn(0≤x≤40)系列样品

5.2.3 合成NaGdF4:20mol%Yb,1mol%Ho,xmol%Mn(0≤x≤40)系列样品

5.3 结果与讨论

5.3.1 NaGdF4:20mol%Yb,1mol%Tm,xmol%Mn(0≤x≤40)纳米晶发光性质研究

5.3.2 NaGdF4:20mol%Yb,1mol%Er,xmol%Mn(0≤x≤40)纳米晶发光性质研究

5.3.3 NaGdF4:20mol%Yb,1mol%Ho,xmol%Mn(0≤x≤40)纳米晶发光性质研究

5.4本章小结

参考文献

第六章 结论与展望

6.1 结 论

6.2 不足及展望

在学期间的科研成果

致谢