稀土掺杂钼酸钆锂的能量传递上转换荧光及应用

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稀土掺杂的上转换发光材料可以吸收近红外辐射从而转换为可见光波段辐射,这种发光材料在激光器、照明、显示、生物医学、光学温度传感和信息传输等应用领域前景广泛。提高上转换发光材料的荧光强度,实现准确的温度测量,以及调控上转换发光材料的荧光颜色一直是众多科研工作者的研究热点。本论文的主要研究内容如下:通过溶胶-凝胶法制备了 Gd2(MoO43:Er/Yb纳米晶,研究了煅烧温度对纳米晶晶相及荧光强度的影响。在不同煅烧温度下可以得到两种晶相的Gd2(MoO43纳米晶,分别是单斜晶相和正交晶相。在980 nm激光器激发下发现正交晶相的纳米晶荧光强度更强。另外使用水热法、高温固相法、溶胶-凝胶法制备了 LiGd(MoO42:Er/Yb纳米晶材料,对比发现溶胶-凝胶法制备过程简单且在600℃下便可制得纯晶相的LiGd(MoO42纳米晶。其中柠檬酸作为溶胶-凝胶法制备过程的螯合剂,促进了水解和聚合反应过程,同时可以修饰样品的表面形貌。发现通过调节柠檬酸和稀土离子的比例,可以得到粒径均匀的LiGd(MoO42纳米晶。并且上转换荧光强度会随着柠檬酸和稀土离子的比例而发生改变。改变掺杂离子的浓度是提高样品的上转换荧光强度的主要手段之一,本工作在980 nm泵浦光激发下,研究了不同Er3+和Yb3+浓度对LiGd(MoO42纳米晶荧光强度的影响,分别得到了 Er3+和Yb3+的最佳掺杂浓度。另外还分析Er3+和Yb3+离子间的能量传递、辐射跃迁、无辐射弛豫等上转换发光机制,通过J-O理论模型计算辐射跃迁概率,并建立稳态速率方程理论模型,从而对荧光强度的变化进行解释。通过荧光峰值比技术测得LiGd(MoO42纳米晶在298 K到523 K温度范围内的温度传感特性,绝对灵敏度在523 K时达到最大值0.0153 K-1,较高的绝对灵敏度说明了该材料有望应用于温度传感领域。最后,研究了 Ce/Er/Yb掺杂LiGd(MoO42纳米晶的上转换荧光特性,并对纳米晶的荧光颜色进行了调节。发现随着Ce3+浓度增加,LiGd(MoO42纳米晶的红绿比发生了改变。Er3+和Ce3+之间的交叉弛豫过程使Er3+的红光波段能级4F9/2和红外光波段4113/2能级的粒子数密度增加,增强了样品的红绿比。通过建立稳态速率方程理论模型,分析红光和绿光强度变化。
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