Yb3+/Er3+近红外发光的敏化与能量传递研究

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稀土离子由于其具有特殊的电子构型从而产生了丰富的能级结构。电子在这些不同能级间跃迁可以产生大量的光谱信息,覆盖从真空紫外到红外光区。近年来,稀土掺杂的近红外发光材料得到了广泛的研究,其中,掺杂Yb3+、Er3+离子的近红外发光材料一直受到研究者们的重视,在光纤通讯、固体激光器、医疗诊断等方面具有广阔的应用前景。但是,稀土离子的4f轨道内的电子跃迁属于禁戒跃迁,吸收截面窄,吸光效率低,进而导致稀土离子的发光效率较低,限制了其广泛的应用。为解决该问题,本论文尝试用基质或过渡金属敏化的方法来提高Yb3+、Er3+离子的近红外发光效率。具体实验内容如下:1)采用高温固相法制备了Y2WO6:Yb3+近红外荧光粉。通过XRD对荧光粉的组分进行了分析,同时利用光谱手段对所制备荧光粉的发光性质进行了深入的研究。在340 nm的紫外光激发下,Y2WO6:Yb3+荧光粉能够发射较强的近红外光,其波长范围为900-1100 nm,主要来自于Yb3+2F5/2-(2)F7/2能级跃迁。详细分析了WO66-→Yb3+的能量传递行为,最后计算了不同Yb3+浓度下Y2WO6:Yb3+荧光粉的能量传递效率及量子效率。2)采用高温固相法制备了LaAlO3:Mn4+,Er3+近红外荧光粉。利用X射线粉末衍射(XRD)、荧光光谱及荧光衰减等手段对荧光粉的结构与发光性质进行了研究。结果发现,当激发Mn4+离子时,在LaAlO3:Mn4+/Er3+荧光粉中可以观察到较强的近红外发射,分别对应于Er3+4I11/24I15/2(990nm)及4I13/24I15/2(1552 nm),这表明Mn4+与Er3+之间存在着有效的能量传递。Er3+浓度依赖的Mn4+荧光寿命分析进一步表明了在LaAlO3:Mn4+/Er3+荧光粉中存在着Mn(4+)到Er3+的能量传递过程,并且证实其作用机理为电四极-电四极相互作用。3)采用高温固相法制备了SrGa12O19:Cr3+,Er3+近红外荧光粉。利用XRD分析了荧光粉的物相组成,并测量了荧光粉的激发与发射光谱。当Cr3+离子受到激发时,SrGa12O19:Cr3+,Er3+荧光粉中能够观察到Er3+的特征近红外发射,其中心波长位于1550 nm,主要来自于Er3+4I13/24I15/2能级跃迁。同时结合荧光衰减讨论了Cr3+→Er3+的能量传递过程,证明电偶极-电偶极间的相互作用主导Cr3+-Er3+能量传递机理。
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