稀土掺杂钨钼酸盐荧光材料的制备及其温敏特性的研究

来源 :重庆邮电大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chaos32167
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在国际单位制中,温度作为基本的物理量之一,对于科学研究、工业生产乃至于日常生活方面的重要性是不言而喻的。目前常见的测温方法多为接触式测温,但是接触式测温容易受到周围环境的影响,例如在一些强磁场环境容易受到磁场的影响从而干扰到测量结果,在风洞模型中不容易接触到物体从而使测量不准确,在这些环境下,接触式测温就会有一些固有的局限性。而非接触式测温一般采用非电信号并且在温度测量的过程中不用直接接触物体,因此可以克服以上缺点。基于荧光光谱的非接触式测温由于其测温范围宽、精度高等优点受到越来越多的关注,在众多可用于非接触式测温的材料中(比如:量子点、有机染料、稀土掺杂荧光材料等),稀土掺杂荧光材料具有发光效率高、激发源成本低等优点,因此引发了越来越多的学者的研究。但是稀土掺杂的荧光材料在用于温度测量方面还有一些不足之处,例如材料的稳定性以及灵敏度都需要进一步的提高。为解决以上问题,本文选用了透光性高、自发光性能好、热稳定性优良的基质材料——钨钼酸盐作为荧光基质材料,设计出了三种稀土掺杂荧光材料,并对其发光性能以及温敏特性进行了研究,主要内容如下所示:1、第一部分采用高温固相法制备系列MgMoO4:x%Er3+荧光粉。优化Er3+掺杂浓度,研究Er3+浓度猝灭机理,对最佳掺杂浓度的样品进行温敏特性的研究。在该样品中,利用Er3+的热耦合能级(2H11/2→4I15/2和4S3/2→4115/2)随温度变化的规律,采用荧光强度比的测温方法,根据灵敏度的定义公式计算样品的绝对灵敏度与相对灵敏度,其最大相对灵敏度为SR=0.83%K-1。电荷补偿剂的加入可以使样品保持电中性,从而提高样品的发光效率,因此,我们在反应物中加入一定量的电荷补偿剂(Li+,Na+,K+),研究电荷补偿剂对样品发光性能的影响,采用同样的方法对样品进行温敏特性的研究,其最大相对灵敏度为SR=0.89%K-1。最后对样品进行冷-热循环测试,结果证明材料具有优异的可逆性与重复性。表明MgMoO4:x%Er3+荧光粉在温度传感领域具有潜在的应用价值。2、为了进一步得到灵敏度更高的荧光材料,第二部分采用高温固相法制备系列NaLaCaWO6:x%Eu3+荧光粉。发现样品激发光谱边缘发生了反常热猝灭的现象,这是由于随着温度升高,基态的振动能级被热激活,电子可以从基态振动能级向上跃迁到激发态,所需光子的频率降低,在光谱上表现为红移,导致其电荷迁移带边缘反常的热猝灭现象。利用这一现象,提出一种基于激发光谱电荷迁移带边缘反常热猝灭的荧光强度比的测温方法,样品的最大相对灵敏度达到了 SR=2.23%K-1,热循环图表明该材料具有很好的可逆性与重复性。表明NaLaCaWO6:x%Eu3+荧光粉在温度传感领域有着巨大的应用价值。3、目前可用于近红外区域测温的温敏材料较少,因此第三部分采用高温固相法制备了 Pr3+掺杂KLa(MoO4)2荧光粉。因为Pr3+具有丰富的能级,样品在近红外区具有良好的发光,研究样品在近红外区发光特性以及荧光温敏特性。同样发现激发光谱的电荷迁移带边缘反常热猝灭的现象。利用激发光谱,研究样品在可见光区域的温敏特性。最后采用荧光强度比的方法对样品在近红外区以及可见区的温敏特性进行研究,最终在近红外区的最大相对灵敏度为SR=0.16%K-1,在可见区的最大相对灵敏度为SR=1.17%K-1。最后通过冷热循环证明材料具有良好的可逆性与重复性。这一部分对近红外区的温度传感材料进行了初步的探索。
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