【摘 要】
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红色分量能够有效提高白光LED显色指数,降低色温,具备更好的发光性能,但是红光的效率较低,有待进一步提高。同时,荧光材料的光致发光特性对环境温度具有较强的依赖性,因此可以被用作温度传感器。相对于传统测温方式,光学测温具有非接触性、高灵敏度、响应快等特点,且能更好应用于恶劣环境。目前,大部分相关工作都集中在价格昂贵的稀土元素掺杂的半导体材料,而过渡金属具有良好的光、电特性,价格低廉,可以作为稀土的良
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红色分量能够有效提高白光LED显色指数,降低色温,具备更好的发光性能,但是红光的效率较低,有待进一步提高。同时,荧光材料的光致发光特性对环境温度具有较强的依赖性,因此可以被用作温度传感器。相对于传统测温方式,光学测温具有非接触性、高灵敏度、响应快等特点,且能更好应用于恶劣环境。目前,大部分相关工作都集中在价格昂贵的稀土元素掺杂的半导体材料,而过渡金属具有良好的光、电特性,价格低廉,可以作为稀土的良好替代品,但是在光学温度计中的应用研究较少。为进一步提高荧光材料的发光性能和温度灵敏度,本工作中通过能量传递和电荷平衡等方法进一步提高了Mn2+,Cr3+,Eu3+掺杂的Zn-Al/Ti双金属氧化物半导体材料的红色发光,研究了Cr3+,Eu3+,Mn2+,Mn4+掺杂的Zn-Al/Ti双金属氧化物半导体材料的结构、光学以及温度传感性能,具体内容如下:一、能量传递和晶体场变化对纳米颗粒光致发光性能和光学温度计灵敏度的影响。采用溶胶凝胶法制备了立方相的Zn Al2O4:Cr3+,Mn2+荧光粉,研究了Zn Al2O4:Cr3+,Mn2+系统中敏化剂和激发剂之间的能量传递过程和敏化剂对晶体环境的影响。通过Dexter理论计算得知能量传递类型为偶极-偶极相互作用,且荧光粉中能量传递效率高达97%;通过调节激发中心浓度能够实现绿色发光到红色发光的颜色调控;Mn2+的掺杂改变了铝酸锌晶体的晶体场,引起Cr3+的发光峰形状产生变化,由于缺陷的减少和能量传递,Cr3+的发光强度提高了60余倍;研究了荧光粉中不同敏化剂浓度以及激发波长对基于荧光强度比的光学温度计测温性能的影响,掺杂Mn2+之后,Zn Al2O4:Cr3+的相对灵敏度由0.1%/K升高至0.25%/K。二、电荷补偿剂Li+对掺Eu3+钛酸锌的光学性能的影响。钛酸锌本身存在多种结构,因此对不同煅烧温度下的钛酸锌的晶相进行了分析,不同的温度下能形成Zn2Ti3O8,Zn Ti O3以及Zn2Ti O4相;电荷补偿剂改变了Eu3+的晶体场的非反转对称性,增强了Eu3+的发光性能;研究了掺Eu3+钛酸锌的低温发光特性,并以此为基础设计了Eu3+单掺的荧光强度比光学温度计,Zn Ti O3:Eu3+（2 mol%）,Li+（0 mol%）样品具有最好的温度探测性能,310 K下相对灵敏度达到0.65%K-1。电荷补偿剂掺杂后晶格结构更加完善,导致测温性能降低。三、电荷补偿对Eu3+,Mn4+共掺钛酸锌晶体结构和光学性能的影响。通过高温固相法制备了Zn Ti O3:Eu3+（2 mol%）,Mn4+（x mol%）纳米颗粒,样品为立方相和六角相的混合相;Mn4+浓度最大为4 mol%时获得了2.6%K-1的最大相对灵敏度。在此基础上通过水浴法制备了六角钙钛矿结构的Zn Ti O3:Eu3+（2 mol%）,Mn4+（0.05 mol%）,Al3+（x mol%）样品,EDS结果显示各元素在晶体中分布均匀;电荷补偿剂Al3+最佳浓度时,Zn Ti O3:Eu3+的发光强度增加了两倍,但是掺杂电荷补偿剂会降低荧光粉的灵敏度,不含电荷补偿剂的荧光粉具有更优异的测温性能,获得了高达2.7%/K的相对灵敏度。
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