【摘 要】
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钒酸盐因其具有较低的声子能量和优异的物化稳定性以及低成本等优势,被广泛应用于光色调控、荧光显示、光热治疗以及温度传感等众多领域,其在稀土掺杂上转换发光材料中扮演着极为重要的角色。论文选用高温固相法制备了Lu VO4:Yb3+/Tm3+、Lu VO4:Yb3+/Tm3+/Er3+和YVO4:Yb3+/Tm3+/Er3+体系发光材料,详细地分析了稀土离子(Yb3+,Tm3+,Er3+)掺杂种类和掺杂浓
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钒酸盐因其具有较低的声子能量和优异的物化稳定性以及低成本等优势,被广泛应用于光色调控、荧光显示、光热治疗以及温度传感等众多领域,其在稀土掺杂上转换发光材料中扮演着极为重要的角色。论文选用高温固相法制备了Lu VO4:Yb3+/Tm3+、Lu VO4:Yb3+/Tm3+/Er3+和YVO4:Yb3+/Tm3+/Er3+体系发光材料,详细地分析了稀土离子(Yb3+,Tm3+,Er3+)掺杂种类和掺杂浓度对Lu VO4和YVO4体系发光材料的结构、形貌及发光机制产生的影响,并采用荧光强度比（FIR）技术对稀土掺杂Lu VO4和YVO4体系发光材料的温敏特性展开研究,为探寻稀土离子对上转换发光材料光学性质的影响奠定了坚实的基础。具体研究内容如下:（1）通过固相法制备了Lu VO4:Yb3+/Tm3+和Lu VO4:Yb3+/Tm3+/Er3+体系上转换发光材料。XRD结果表明,引入Re3+离子没有改变基质Lu VO4的相结构,但会对材料晶胞结构参数有所调控。在980 nm泵浦光源激发下,所制备的Lu VO4:Yb3+/Tm3+样品以Tm3+离子的蓝光发射（~1G4→~3H6）为主,最佳掺杂mol浓度为20%Yb3+,1%Tm3+。进一步引入Er3+离子后,Lu VO4:Yb3+/Tm3+/Er3+呈现蓝绿光发光。随着Er3+离子掺杂浓度增加,样品相关色温值逐渐下降,显色值逐渐上升。改变980 nm泵浦光源的输出功率,研究泵浦功率对Lu VO4:0.2Yb3+,0.01Tm3+,0.03Er3+材料发光强度影响,发现Tm3+离子的480 nm特征发射为双光子过程,其发光机理为合作敏化上转换过程。选取Lu VO4:0.2Yb3+,0.01Tm3+,0.03Er3+发光材料作为研究对象,采用FIR技术研究了材料的温度传感特性,测温范围为300-370 K。基于Er3+离子热耦合能级(~2H11/2和~4S3/2)获得的最大绝对灵敏度Sa（531/556）=0.01004 K-1@370K,而基于非热耦合能级FIR技术,采用Tm3+离子的~1G4能级和Er3+离子的~2H11/2能级获得的最大绝对灵敏度Sa（531/480）=0.03555 K-1@370K。通过研究Lu VO4:Yb3+/Tm3+/Er3+材料温敏特性可知,基于非热耦合能级FIR技术是一种提升测温灵敏度的有效方案。（2）采用固相法制备了YVO4:Yb3+/Tm3+/Er3+体系上转换发光材料。为方便比较,掺杂离子浓度与Lu VO4体系相同。XRD结果表明合成产物YVO4:0.2Yb3+,0.01Tm3+,0.03Er3+仍保持四方相结构。SEM图像显示,相较于YVO4基质,YVO4:0.2Yb3+,0.01Tm3+,0.03Er3+材料团聚情况下降,平均粒径尺寸减小。在980 nm泵浦光源激发下,YVO4:0.2Yb3+,0.01Tm3+,0.03Er3+样品存在五个发光峰,其中以Er3+离子的552nm绿光(~4S3/2→~4I15/2)发射为主,同时Tm3+离子的477 nm蓝光特征发射为三光子过程,属于能量传递上转换过程。基于FIR技术研究了YVO4:0.2Yb3+,0.01Tm3+,0.03Er3+材料的温敏特性,结果表明,基于非热耦合能级FIR技术,采用Tm3+离子的~1G4能级和Er3+离子的~2H11/2能级获得的最大绝对灵敏度Sa（528/477）为0.01869 K-1@330K优于基于Er3+离子热耦合能级(~2H11/2和~4S3/2)获得的最大绝对灵敏度Sa（528/552）为0.01100 K-1@370K。该体系获得的绝对测温灵敏度明显低于Lu VO4体系的测温灵敏度,说明Lu VO4更适合充当温敏材料的基质。综上所述,基于非热耦合能级FIR技术是一种提升材料测温灵敏度的有效方法,同时Lu VO4基质材料在光学温度传感材料领域具有潜在应用价值。
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