【摘 要】
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稀土掺杂上转换发光材料具有很多优异的性能,比如发光波段可以从紫外区域到红外区域,发光强度高,有很好的光稳定性,并且毒性低。这些优异的性能使其在生物医学、激光应用、3D打印、防伪、温度传感等各个领域都有着广阔的应用前景。目前研究以Na YF4纳米晶为基质材料的稀土掺杂上转换发光材料的应用大多数在蓝光,绿光这一区域范围,在紫外波段的应用少有报道,这限制了它的研究与应用。为了了解其在紫外波段的发光性能,
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稀土掺杂上转换发光材料具有很多优异的性能,比如发光波段可以从紫外区域到红外区域,发光强度高,有很好的光稳定性,并且毒性低。这些优异的性能使其在生物医学、激光应用、3D打印、防伪、温度传感等各个领域都有着广阔的应用前景。目前研究以Na YF4纳米晶为基质材料的稀土掺杂上转换发光材料的应用大多数在蓝光,绿光这一区域范围,在紫外波段的应用少有报道,这限制了它的研究与应用。为了了解其在紫外波段的发光性能,扩展以Na YF4纳米晶为基质材料的稀土掺杂上转换发光材料的应用,本论文通过水热法,引入Yb3+和Tm3+共掺杂,合成了Na YF4:Yb/Tm微晶。研究了反应时间,反应温度对Na YF4:Yb/Tm微晶的形貌的影响。以及反应温度,反应时间和Tm3+掺杂浓度对Na YF4:Yb/Tm微晶的上转换发光性能的影响。并且探讨了Na YF4:Yb/Tm微晶在激光和3D打印方面的应用。其具体工作如下:1.利用水热法,研究了不同条件下对Na YF4:Yb/Tm微晶形貌粒径影响。研究发现:所制备的样品均呈六棱柱状,部分样品会聚集生长在一起,并且随着反应时间和温度的增加,Na YF4:Yb/Tm微晶的形貌更规则,其平均长度与宽度均有所增加。这表明升高反应温度,增加反应时间均有利于规则的大尺寸的Na YF4:Yb/Tm微晶合成。研究发现,上转换发光峰的强度随着Tm3+离子浓度增加,呈现先增强后减弱的趋势,在Tm3+离子掺杂浓度较低时,上转换发光峰的强度随着Tm3+离子浓度增加而增强,在Tm3+离子掺杂浓度足够多时,会产生浓度淬灭效应导致上转换发光峰的强度下降。掺杂Tm3+离子浓度为1%时,Na YF4:Yb/Tm微晶的上转换发光强度最高。随着反应时间的增加,的发光强度也在逐渐增强,这是由于随着反应时间的增加,反应更充分,更有利于样品的合成,所以样品的发光强度也在逐渐增加,但其变化趋势并不显著。反应时间为24 h时,Na YF4:Yb/Tm微晶的上转换发光强度最高。随着反应温度的增加,样品的上转换发光峰的强度也随之增加,这是由于温度越高,Na YF4:Yb/Tm微晶的形状更规则,尺寸更大,结晶性更好导致的。在反应温度为200℃的条件下,Na YF4:Yb/Tm微晶的上转换发光强度最强。2.研究了Na YF4:Yb/Tm微晶在激光方面的应用。选取了Na YF4:20%Yb3+,1%Tm3+微晶,将其放置于石英片（10 mm*10 mm）以形成激光增益介质膜,使用半导体激光器用980 nm波长激发该Na YF4:20%Yb3+,1%Tm3+微晶形成的介质膜。研究发现,成功得到了波长在291 nm,346 nm和364 nm处的激光光谱。这表明Na YF4:Yb/Tm微晶具有优异的上转换性能,可以将其作为增益介质实现上转换紫外激光。3.根据Na YF4:Yb/Tm微晶在紫外波段优异的上转换性能,研究了其在3D打印方面的应用。使用Na YF4:20%Yb3+,1%Tm3+微晶,通过980 nm连续激光器照射,在聚合物基体中产生UV光作为聚合物内部UV固化源,通过光引发剂吸收UV光使聚合物基体固化,开发了一种新颖的、低成本的上转换3D打印技术。研究发现,该3D打印方法能够从聚合物基质内部打印结构,而不是从表面打印结构3D打印技术,并且可以合理精确地控制成品的结构。
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