论文部分内容阅读
上转换发光材料，即具有从低能级通过吸收光子而发光的新材料，这种材料的制备及其特性描述受到了广泛的关注，大量的研究表明，经过稀土掺杂的晶体、玻璃和陶瓷被认为是潜在的上转换材料，这种材料被用来制作短波长的激光器、传感器、彩色显示器和红外探测器等。然而上转换发光的效率并不是很高，因此如何提高上转换发光效率成为了人们广泛关注的话题。选择合适的基质材料，可以极大的提高上转换发光的效率。纤锌矿ZnO作为一种宽带隙半导体材料，具有较低的声子能量，是一种非常好的上转换基质材料;而TiO2也是一种稳定（其熔点高达1830℃）、无毒的、耐腐蚀的宽带隙(金红石相3.0 eV，锐钛矿相为3.2 eV)的半导体材料，同样具有较低的声子能量，在制作上转换发光材料方面有很好的应用前景。 在本文中，我们主要通过在ZnO和TiO2基质中共掺杂Er3+-Yb3+稀土离子，并对稀土掺杂后的样品进行表面修饰来提高样品的上转换发光效率，具体如下: 1.Er3+-Yb3+共掺杂ZnO纳米晶:应用溶胶凝胶法制备出一系列的Er3+-Yb3+共掺杂ZnO纳米晶作为籽晶，然后通过籽晶沉积的方法用Gd2O3对样品进行表面修饰。通过XRD和HRTEM测试表明:Er3+-Yb3+共掺杂ZnO纳米晶的粒径大小为40-70 nm，Gd2O3壳层的厚度约为1nm，同时，样品E的HRTEM测试结果表明Er3+-Yb3+共掺杂ZnO纳米晶的晶格常数a=3.31(A)，比没有进行稀土离子掺杂的基质材料的晶格常数要大，这是因为Er3+和Yb3+的半径比Zn2+要大，用Gd2O3对样品进行表面修饰后会在ZnO纳米晶的表面形成厚度约为1nm的壳层，并且壳层是以多晶的形式包裹在核的外面。上转换发光研究表明:在980 nm的激光器激发下，所有的样品用肉眼均可以直接观测到明显的红光和绿光发射，样品的峰位于515-538 nm、538-567 nm和646-674 nm之间，这些发光峰分别由2H11/2-4 I15/2、4S3/2-4I15/2和4F9/2-4I15/2能级跃迁引起。表面修饰96小时后两种光的发光强度分别增加到原来的17.9和149.6倍，红绿比由原来的0.036变为0.298，这种材料在短波长激光器、传感器、彩色显示器和红外探测器等方面有潜在的应用价值。 2.Er3+-Yb3+共掺杂TiO2纳米晶:采用溶胶凝胶法制备出一系列的Er3+-Yb3+共掺杂TiO2纳米晶（其中Er3+的掺杂浓度一定，而Yb3+的掺杂浓度不同），然后用Mo(NO3)3对纳米晶进行不同时间的表面修饰。详细研究了不同Yb3+掺杂浓度和不同的修饰时间对样品发光性能的影响。结构测试表明Er3+和Yb3+成功的掺杂进了TiO2基质中，TiO2单晶包裹在无定形的基质中。表面修饰之前样品的发光强度随着Yb3+浓度的增大，先增强然后减弱。表面修饰可以增强所有样品的发光强度，其中发光强度最大的样品是进行表面修饰24小时的Er3+(1％)-Yb3+(10％)共掺杂TiO2纳米晶。在980nm的激光器激发下，所有的样品用肉眼均可以直接看到发光现象，这种材料在太阳能电池和光子晶体等领域有潜在的应用价值。