论文部分内容阅读
稀土发光材料是发光材料界的主流,稀土元素因其独特的电子层结构,具有发光谱线窄、寿命长、发光覆盖范围广的特点,在发光材料领域处于主导地位。在工业生产、科学研究以及日常生活中,温度测试与控制都占据重要地位,随着纳米技术和生物医学领域的高速发展,人们对温度探测提出了更高的要求。近年来,研究人员将稀土掺杂纳米发光材料应用于温度传感领域,取得了显著的成果。与传统温度传感器相比,光学温度传感器具有非接触,高灵敏度,高精度的优点。在光学温度传感器中,基于荧光强度比(FIR)的温度传感技术对测温条件依赖较小,不受荧光损失,激光光源强度波动等因素影响,被认为是一种很有应用前景的荧光温度传感器。本论文基于NaGdF4:Er3+纳米颗粒的发光性能开展研究,利用Er3+发射峰的荧光强度比来进行温度传感,探究了影响其发光性能和温敏性能的主要因素。主要内容包括以下三个方面:(1)采用共沉淀法和溶剂热法制备了六方相的NaGdF4:Er3+纳米颗粒。共沉淀法制备的纳米颗粒分散性好、颗粒均匀,粒径平均尺寸在15nm左右,溶剂热法制备的NaGdF4:Er3+纳米颗粒形貌不规则,出现轻微的团聚现象。对纳米颗粒进行光谱测试,测试结果均呈现出Er3+的特征发射峰,在不同的测试温度下Er3+的4S3/2和2H11/2热耦合能级对应的发射峰存在明显的温度依赖性,对Er3+热耦合能级荧光强度比的测温机理进行了分析。(2)探究不同的Er3+掺杂浓度对溶剂热法制备的NaGdF4:Er3+纳米颗粒的发光性能与温敏性能的影响。Er3+掺杂浓度在1%-5%时,发光强度随浓度增大逐渐增强,掺杂浓度大于5%时,出现浓度猝灭现象,因此荧光最强的Er3+掺杂浓度为5%。测试了 Er3+不同掺杂浓度在283 K-353 K时的变温荧光光谱,结果显示温敏特性的变化趋势不与荧光强度直接相关,相对灵敏度最佳为NaGdF4:3Er3+纳米颗粒,达到1.32%K-1(283K)。分析了造成这一现象的原因是由于Er3+的2H11/2→4I15/2发射光谱带与4I15/2→2H11/2吸收谱带重合,使得Er3+重吸收随掺杂浓度的增加而增大,从而造成了荧光强度最强的NaGdF4:5%Er3+纳米颗粒的相对灵敏度并非最高。(3)探究了核壳包覆对共沉淀法制备的NaGdF4:Er3+纳米颗粒发光性能和温敏性能的影响。将共沉淀发制备的NaGdF4:3%Er3+纳米颗粒作为核心,在其表面包覆不同厚度的NaGdF4壳层,能够有效减少表面缺陷、空位等对发光中心的影响,荧光强度显著增强。包覆比为1:4时,相对于1:2包覆的纳米颗粒发光性能更好,当包覆的核壳比为1:4时,其相对灵敏度也达到研究范围内的最佳。