稀土掺杂氟氧化物玻璃陶瓷的上转换发光及其在红外探测中的应用

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稀土离子,由于其特殊的电子壳层结构,发光波长涵盖从紫外到近红外广泛的光谱区域,且不容易受周围环境的影响,故而从二十世纪五十年代起就作为上转换材料的发光中心得到广泛的研究。七十年代,敏化概念的提出更是使稀土离子的上转换发光效率得到明显的提高。 玻璃陶瓷即指同时具有晶态和非晶态物质特征的一类材料,是通过热处理或者其他工艺条件使基质玻璃中形成均匀分布的微小晶体而产生的。上转换发光材料发展至今,氟氧化物玻璃陶瓷是其发展史上的一个转折点,这种材料融合了氧化物玻璃与氟化物玻璃双方的优点,机械强度高、化学稳定性好、稀土离子发光效率高并且易加工,又避害去轻的使双方的缺点降低到最小,从而成为一种备受关注的上转换基质材料,有待开发利用。 本文即以稀土掺杂的氟氧化物玻璃陶瓷作为研究对象,分析其作为红外探测材料的可行性。首先,制备了稀土掺杂的氟氧化物玻璃陶瓷材料,并利用 XRD、SEM 等实验手段对热处理后的样品进行测试,证明其中确实形成了氟化物微晶。其次,利用J-O理论计算了热处理前后的样品中稀土离子周围的晶体场参数,解释了晶体场参数的变化对稀土离子发光的影响,并通过分析稀土离子在玻璃和玻璃陶瓷中的能量传输过程和荧光光谱的变化,证实了稀土离子确实掺入到氟化物微晶中;最后,总结分析了多种不同稀土离子在红外光激发下的上转换发光机理,为制备红外探测材料提供了充分的理论依据。
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