【摘 要】
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稀土离子掺杂的量子剪裁发光材料在等离子平板显示（PDPs）、无汞荧光灯以及硅基太阳能电池领域都有着非常重要的应用。目前,用于PDPs和无汞荧光灯领域的真空紫外发光材料都存在量子效率低的问题,而硅基太阳能电池也普遍存在光电转换效率非常低的问题,在这些领域中效率低的问题导致能量损失严重,造成了一定的资源浪费。针对这些问题,本论文选择几类典型的氧化物体系研究了在不同体系中稀土离子之间的能量传递和量子剪裁
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稀土离子掺杂的量子剪裁发光材料在等离子平板显示（PDPs）、无汞荧光灯以及硅基太阳能电池领域都有着非常重要的应用。目前,用于PDPs和无汞荧光灯领域的真空紫外发光材料都存在量子效率低的问题,而硅基太阳能电池也普遍存在光电转换效率非常低的问题,在这些领域中效率低的问题导致能量损失严重,造成了一定的资源浪费。针对这些问题,本论文选择几类典型的氧化物体系研究了在不同体系中稀土离子之间的能量传递和量子剪裁现象,主要得到如下三点结论：1.采用高温固相法成功的合成了GdBO3:Tb3+和KSr（Y,Gd）（PO4）2:Tb3+两种可见光量子剪裁发光材料。测试在样品在不同激发波长激发下的发射光谱,通过比较发射光谱中不同能级特征发射峰的相对强度,确认了在两类材料中均发生了由Tb3+-Tb3+之间通过交叉驰豫产生额外绿光发射的可见光量子剪裁现象。在高能真空紫外光子激发下,当Tb3+离子被激发到其4f75d高能级时,首先通过交叉弛豫作用将部分能量传递给一个与其相邻Tb3+,使其激发至其5D4能级,然后产生第一个可见光绿光光子的发射。而回到低激发态的Tb3+则非辐射跃迁至其5D3或5D4能级,产生第二个可见光光子5D3,4→7FJ的发射,从而在两种体系中实现了吸收一个高能真空紫外光子后通过能量传递发射出两个低能可见光光子的量子剪裁过程。在GdBO3:Tb3+和KSr（Y,Gd）（PO4）2:Tb3+两种材料中,最佳量子效率分别为174%和183%。2.一种近红外量子剪裁发光材料KCaGd（PO4）2:Ce3+,Yb3+通过硝酸盐热分解法成功合成。在紫外280nnm或者324nm激发下,样品的近红外发射光谱呈现出归属于Yb3+离子典型的2F5,2-2F5/2发射,发射范围位于900-1150nm,其峰值位于1021nm。由于Yb3+离子在紫外区并没有相应的能级存在,所以近红外区的发光只能由量子剪裁产生,这也就确认了量子剪裁的发生。其量子剪裁机理如下：在高能紫外光子激发下,体系中的Ce3+离子被激发其高能的5d能级,随后处于高能激发态的Ce3+离子弛豫到5d能级最低处,并且将能量通过合作能量传递的方式传递给相邻的两个Yb3+离子,使得Yb3+离子通过F5/2→2F7/2跃迁产生两个近红外光子的发射。体系中的量子效率随着Yb3+离子掺杂浓度的增大而增大,在324nm激发下体系的最佳的量子效率为158.2%。3.开发出两种Tm3+-Dy3+共激活的颜色可调发光材料Ba2Gd（BO3）2Cl和K3Gd（PO4）2。在近紫外激发下两种体系都可以通过Tm3+-Dy3+之间的共振能量传递实现颜色可调发射。系列样品在直接激发Tm3+至其1D2能级时,Tm3+ 1D2-3F4发射强度和Tm3+衰减时间的降低为体系中Tm3+→Dy3+;之间的能量传递现象提供了依据。随着Dy3+离子的掺杂浓度的增大,Tm3+→Dy3+能量传递效率也逐渐增大。根据Dexter’s多极相互作用共振能量传递理论,表明在Ba2Gd（BO3）2Cl:0.01Tm3+,xDy3+体系中Tm3+→Dy3+能量传递的机理为偶极-四极相互作用。在紫外激发下,两种体系可以通过稀土离子之间的下转换能量传递将一个高能的激发光子转换为低能的发射光子。Ba2Gd（BO3）2Cl: 0.01Tm3+,0.05Dy3+和K3Gd（PO4）2:0.01Tm3+, 0.08Dy3+的色坐标值分别为（0.352,0.328）为（0.338,0.347）,与标准白光的（0.33,0.33）接近。
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