近红外发射Lu2O3:Mn4+荧光粉的制备及其发光特性研究

论文摘要

迄今为止,近红外发光材料因其在防伪识别、激光通讯、医学诊断等多个领域的广泛应用而受到人们的关注。尤其,利用发射波段位于第一生物透过窗口（650-950 nm）的近红外光进行医学成像,可以有效地降低来自生物组织的自发荧光背景,相对于紫外及可见发光材料而言信噪比更高,在生物医学领域中有潜在的应用前景。由于过渡族金属离子(如Cr3+和Mn4+离子等)在近红外区域有较强的光发射,使这些过渡金属离子掺杂的近红外发光材料成为了该研究领域的热点。最近,研究者们制备了一些Mn4+掺杂的近红外长余辉发光材料,但局限于所选择的基质数目较少,对Mn4+离子掺杂的近红外长余辉材料的余辉发光机理的认识相较于Cr3+离子而言还不是很清楚。目前迫切需要找到一些结构既简单又特殊的基质材料,获得新型的Mn4+离子掺杂的近红外长余辉材料,并阐述其发光与基质晶格特殊性之间的关系。该研究有利于进一步理解近红外长余辉发光机理和开发设计出新型的近红外长余辉材料,对近红外生物医学应用的发展具有实际意义。本文采用高温固相法制备了不同Mn4+离子掺杂浓度的Lu2O3:x%Mn4+（x=0.05,0.10,0.20,0.30,0.50）粉末样品。系统地研究了Mn4+离子掺杂浓度、烧结时间及合成温度对Lu2O3:Mn4+荧光粉样品的微结构、发光特性和余辉性能的影响。研究发现,在252 nm紫外光激发下,可观察到位于695 nm和712 nm的近红外发射峰,其分别来源于Mn4+离子的2E→4A2和4T2→4A2的跃迁。当Mn4+掺杂浓度为0.1%时,可获得最大的发光强度。热释发光曲线表明,Lu2O3:Mn4+材料中存在适合长余辉发光的陷阱。通过改变烧结时间（2 h,4 h,5 h,6 h）来研究烧结时间与Lu2O3:0.1%Mn4+荧光粉的发光特性和余辉性能的关系,结果表明烧结5h的样品性能最佳。为了进一步提高近红外发光特性和余辉性能,我们改变烧结温度（1300℃、1400℃、1500℃）制备了Lu2O3:0.1%Mn4+荧光粉。通过对样品的微结构,发光特性和余辉性能的分析发现,空气气氛、1400℃下烧结5小时为样品最佳制备条件。荧光衰减曲线表明,近红外发光来源于占据了Lu2O3基质中的S6和C2两种格位Mn4+离子的贡献。其中具有较长寿命的近红外发光来自占据S6格位Mn4+离子的贡献,而具有较短寿命的近红外发光则来自占据C2格位Mn4+离子的贡献。研究结果表明Lu2O3:0.1%Mn4+近红外长余辉材料在生物医学方面有潜在的应用前景。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘姝婷

导师: 刘春光

关键词: 过渡族金属离子,荧光粉,光致发光,长余辉发光,发光动力学

来源: 东北师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 东北师范大学

分类号: O482.31;TN104.3

总页数: 50

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