稀土掺杂上转换材料的发光特性和温度特性的研究

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1、广东工业大学硕士学位论文(工学硕士)稀土掺杂上转换材料的发光特性和温度特性的研究黄穗超二○一八年六月类号：学校代号：11845UDC：密级：学号：2111515015广东工业大学硕士学位论文(工学硕士)稀土掺杂上转换材料的发光特性和温度特性研究黄穗超指导教师姓名、职称：胡正发副研究员学科(专业)或领域名称：电子科学与技术学生所属学院：物理与光电工程学院论文答辩日期：2018年6月2日ADissertationSubmittedtoGuangdongUniversityofTechnologyfortheDegreeofM

2、aster(MasterofEngineeringScience)LuminescentandTemperatureCharacteristicsofRareEarthDopedUpconversionMaterialsCandidate:SuichaoHuangSupervisor:Prof.ZhengfaHuMay2018SchoolofPhysics&OptoelectronicEngineeringGuangdongUniversityofTechnologyGuangzhou,Guangdong,P.R.Chi

3、na,51006摘要摘要钒酸盐、钼酸盐和磷酸盐等新型稀土掺杂上转换材料得到了研究者的高度关注。白钨矿结构的钼酸盐和钨酸盐由于具有较低声子能量、较高的热稳定性以及化学热稳定性，而在温度传感领域具有很高的研究价值。基于这个背景，本实验选取白钨矿结构的钼酸盐和钨酸盐作为Ho3+，Er3+，Tm3+发光离子掺杂基质，研究上转换发光特性以及温度特性。通过中温固相法制备的NaY3+3+0.98-x(MoO4)2:0.02Ho,xYb(x=0.1，0.2，0.25，0.3，0.35，0.37）和NaY3+3+3+0.68-x(MoO4

4、)2:0.02Ho,0.30Yb,xNd(x=0.27，0.29，0.32)系列样品，并通过X射线衍射表明实验样品均为纯相。发光光谱的激发波长为980nm。光谱分析表明敏化剂Yb3+离子最佳掺杂浓度为30%。而Nd3+的加入能实现光色调控，当Nd3+离子为0.32时，绿光与红光比值为1.79，即增大5S55552/F4→I8与F5→F8能级辐射跃迁比值。改变激发光的功率发现LiY0.648Yb0.3Ho0.02Nd0.032(MoO4)2荧光粉体在激发功率为100mW时出现基态布居数耗尽。而激光照射荧光粉过程中出现荧光光

5、斑略大于激光光斑，这很有可能是Yb3+-Nd3+共振引起的能量迁移。通过改变温度,分别研究LiY3+50.68Yb0.3Ho0.02(MoO4)2和LiY0.648Yb0.3Ho0.02Nd0.032(MoO4)2材料中Ho离子的F5能级劈裂峰的荧光强度比，由变温测试数据的拟合说明其遵循玻尔兹曼型分布,并通过变温数据计算LiY3+0.68Yb0.3Ho0.02(MoO4)2和LiY0.648Yb0.3Ho0.02Nd0.032(MoO4)2材料中Ho离子的5F-1-15能级劈裂能隙值分别366.71cm,268.43cm

6、。在测量范围内，LiY0.68Yb0.3Ho0.02(MoO4)2材料在298K处绝对灵敏度和相对灵敏度最大，分别为31.10×10-4K-1和0.437%K-1。LiY0.648Yb0.3Ho0.02Nd0.032(MoO4)2在302K处，绝对灵敏度最大值为15.5×10-4K-1，相对灵敏度最大值为0.215%K-1。中温固相法成功制备LiY(MoO3+3+4)2:Yb/Er荧光粉。荧光粉在980nm激光的激发下发出明显的绿光(528~550nm)以及相对较弱的红光(648~675nm)，其分别源自Er3+离子的2

7、H444411/2/S3/2→I15/2能级辐射跃迁和F9/2→I15/2能级辐射跃迁。通过改变激发光功率研究得出其上转换发光均为双光子过程。当激发光功率从10mW增加到100mW时，检测到发射光从近白光到绿光的调谐。荧光强度比I542/I552随温度变化298~513K2H42规律显示，11/2能级和S3/2能级的布居遵循波尔兹曼分布。计算得到H11/2(1)能级和4S-13/2(1)能级的间隙为756cm，与理论值非常接近。灵敏度在473K时能达到最大值263.2×10-4K-1。LiY(MoO3+/Er3+4)2:

8、Yb在温度传感器上具有很高的应用价值。I广东工业大学硕士学位论文采用高温固相法制备LiLa(WO4)2实验样品与PDF#18-0734卡片峰位完全吻合表明制备的样品为纯相。LiLa(WO3+,Er3+,Tm3+4)2:Yb离子在980nm的激发下，能观察到Er3+离子510~570nm的发射峰以及640~680nm的