稀土离子/非发光中心离子掺杂ScVO4、LuPO4材料的制备及上转换发光性质的研究

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稀土掺杂的上转换发光材料在固体激光器、生物荧光探针、激光防伪、温度传感器中都有着很重要的应用前景,但是目前广泛应用的上转换发光材料发光效率低这一问题严重制约了其实际应用,因此,提高上转换发光的效率,成为稀土掺杂上转换发光材料研究的重中之重,本论文针对这一问题做出了以下研究:1.通过水热法、混合溶剂热法、固相法合成了稀土掺杂的ScVO4材料,得到椭球形、纺锤形、薯条状三种不同形貌的样品。使用发射出980 nm和808 nm激发光的半导体激光器,对掺杂Yb3+/Er3+,Yb3+/Ho3+,Nd3+/Yb3+/Er3+,Nd3+/Yb3+/Ho3+掺杂的ScVO4样品的上转换发光性质进行了研究,发现不同形貌的ScVO4:Yb3+/Er3+样品均具有很强的绿光发射与很好的单色性,并结合拉曼光谱对ScVO4:Yb3+/Er3+的发光机制进行了研究。2.通过将一价金属离子Li+(Na+,K+)、二价金属离子Mg2+(Ca2+,Sr2+,Ba2+)、三价稀土离子Gd3+(Y3+,Lu3+)掺杂到ScVO4:Yb3+/Er3+样品中,制备了多离子共掺的ScVO4:Yb3+/Er3+样品。对多离子共掺的ScVO4:Yb3+/Er3+样品上转换发光性质的研究发现:一价金属离子单独掺杂均增强了ScVO4:Yb3+/Er3+的上转换发光,5%Li+将其上转换发光性能提高了6.24倍。二价金属离子单独掺杂时,Ca2+、Sr2+的掺杂提高了荧光强度,Mg2+、Ba2+的掺杂不能提高其发光性能,而1%Ca2+的掺杂使其上转换发光性能提高了1.02倍。三价稀土离子单独掺杂时,10%Lu3+的掺杂能使其上转换发光性能明显提高。调节稀土离子Gd3+的掺杂量(10%-100%),发现Gd3+的掺杂量为30%时开始出现GdVO4的相,此时上转换发光增强了1.71倍。当Li+/Gd3+/Ca2+两两掺杂到ScVO4:Yb3+/Er3+样品中时,Ca2+/Li+双掺杂的样品发光减弱,Gd3+/Li+和Gd3+/Ca2+双掺杂的样品发光增强,其中Gd3+/Ca2+双掺的样品发光最强,约增强了2.23倍。当Li+/Gd3+/Ca2+三种价态的离子同时掺到ScVO4:Yb3+/Er3+样品中时,上转换发光强度减弱。3.初步研究了ScVO4:Yb3+/Er3+的上转换发光性质对温度的响应,首次发现ScVO4:Yb3+/Er3+具有良好的温敏性。Er3+离子的2H11/2与4S3/2能级均为热耦合能级,当温度变化时,绿光区发射光谱不同位置峰强比值(524 nm/554 nm)随着温度的变化呈现很好的线性关系。相关研究为ScVO4:Yb3+/Er3+在温度传感器方面的应用提供了潜在的可能。4.通过共沉淀法制备了Li+/Gd3+/Ca2+单、双、三掺杂的LuPO4:Yb3+/Ho3+和LuPO4:Yb3+/Er3+,Li+/Gd3+/Ca2+的单、双、三掺杂均可以提高其荧光强度。LuPO4:Yb3+/Ho3+中,Gd3+/Li+双掺杂时上转换发光性能增强了1.4倍;LuPO4:Yb3+/Er3+中,Ca2+/Li+双掺杂时上转换发光性能增强了4倍。通过将Li+/Gd3+/Ca2+单、双、三掺杂到Lu PO4:Yb3+/Ho3+/Er3+,改变了样品的红绿光比,达到了对LuPO4:Yb3+/Ho3+/Er3+样品颜色小范围调控的目的。
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