刘晃清[1]2003年在《ZrO_2:RE纳米材料发光性质的研究》文中指出本论文主要研究稀土掺杂的ZrO_2纳米材料的发光性质。主要研究内容和实验中所得到的结论如下： 1．采用共沉淀法成功地制备了稀土掺杂的二氧化锆纳米粉体。 2．详细研究了铒离子掺杂二氧化锆纳米材料的上转换发光性质，得到：在低掺杂浓度(不大于1mol％)下，铒离子主要发绿光。 3．用波长为980nm的激光激发掺Yb~(3+)和0.2(0.4，1)mol％Tm~(3+)的二氧化锆纳米材料样品，铥离子掺杂浓度为0.2和0.4mol％的样品发光几乎相同，主要的上转换发射在474nm处，它对应~1G_4→~3H_6跃迁引起的发射，而掺杂浓度为1mol％的样品没有上转换发光；随着退火温度的升高，蓝色上转换发射逐渐增强；用不同的泵浦功率泵浦同种样品，得到蓝色上转换发光强度随泵浦功率的增加而增加；通过公式y=a(x+b)~n拟合蓝色上转换发射强度与泵浦电流的关系，得到蓝色上转换发射为叁光子过程。 4．用394nm的紫外光激发掺1mol％Eu~(3+)的二氧化锆纳米材料，Eu~(3+)的~5D_0→~7F_2发射在604nm处，得到~5L_6能级的布居对铕离子发光的贡献随退火温度的升高而增加。同时我们观察到了Eu~(3+)掺杂的二氧化锆纳米材料在紫外光照射下有荧光增强现象，研究了荧光增强幅度和样品退火温度及尺寸的关系，发现随退火温度的提高，样品荧光增强的幅度变小。
刘晃清[2]2007年在《ZrO_2：RE和La_2O_3：RE材料发光性质的研究》文中指出本论文主要研究ZrO_2：RE纳米材料和体相材料的发光性质与La_2O_3：RE纳米材料和体相材料的制备及发光性质，用J—O理论对其掺Eu材料光学性能进行了计算，我们获得的结论如下：两种掺杂纳米材料样品的发光与稀土的掺杂浓度、样品的制备过程以及退火温度有关。对于Eu掺杂的纳米材料，在相同紫外光的持续辐照下，不同样品的最强发射强度的变化均与紫外光辐照时间有关，而体材料没有这个现象发生。Eu掺杂的体材料的发光强度均强于其相应纳米材料的发光强度。Eu~(3+)离子掺杂的两种纳米材料的发光与老化时间有关，随老化时间的延长，电荷迁移带强度变弱。两种Er~(3+)离子掺杂的纳米材料均难观察到它们的激发光谱。它们的上转换发射强度在相同的测量条件下，均弱于相应体相材料的上转换发光强度。两种Yb~(3+)和Er~(3+)共掺杂的材料在380nm荧光激发下只有绿色发光，没有红色发光，在~4S_(3／2)→~4I_(15／2)的跃迁发射的绿色发光中，560nm左右的发射位置不随Yb~(3+)离子浓度的变化而变化，而在545nm左右的发射位置与Yb~(3+)离子浓度有关。在980nm光激发下得到的上转换发光均与Yb~(3+)离子的掺杂浓度有关，Yb~(3+)离子的掺杂浓度提高时，红绿上转换发射强度变化很大。利用J—O理论和发射光谱计算了ZrO_2：Eu~(3+)，La_2O_3：Eu~(3+)材料包括纳米材料和体相材料的Ω_2和Ω_4参数，计算并分析了电偶极和电多极相互作用引起的~5D_0→~7F_2跃迁的共振能量传递的速率。在低掺杂浓度下，Eu离子之间~5D_0→~7F_2跃迁的共振能量传递速率小于它的自发辐射速率。在低掺杂浓度下Eu离子之间的能量传递可以不用考虑。在相同的稀土掺杂条件、相同的制备方法和相同的测量条件下，La_2O_3：RE材料的发光强度远强于ZrO_2：RE材料的发光强度，即La_2O_3材料比ZrO_2材料更适宜于做发光基质材料。
齐霞[3]2010年在《稀土RE~（3+）（Eu~（3+）、Tb~（3+））掺杂的以纳米SiO_2和TiO_2一元或二元体系为基质的发光材料的制备与发光性质的研究》文中提出本论文首先采用Stober溶胶-凝胶法制备了稀土Eu~(3+)(Tb~(3+))掺杂纳米二氧化硅的发光材料。通过样品的TEM测试,样品是具有一定单分散性的纳米球形颗粒。而FT-IR、XRD测试显示样品经退火后为非晶态,稀土Eu~(3+)(Tb~(3+))的掺杂并没有改变SiO_2的网状结构。样品的PL光谱说明制备的纳米材料的发光效率小于体材料发光效率,但在该纳米材料中,稀土离子掺杂的猝灭浓度得到了很大的提高。本论文还采用Stober溶胶-凝胶法(碱催化)及溶胶-凝胶法(酸催化)制备了稀土Eu~(3+)掺杂纳米复合氧化物TiO_2-SiO_2的发光材料。通过样品的FT-IR分析说明TiO_2、SiO_2之间发生了作用,形成了Ti-O-Si键;而样品的TGA-DTA、XRD、SAED也充分的证明了这一点:当钛硅摩尔比较低时,TiO_2高度分散在无定形的SiO_2中;当钛硅摩尔比较高时,Si~(4+)进入TiO_2的晶格,取代了部分Ti~(4+)的位置,从而形成了Ti-O-Si结构,Eu~(3+)的半径(0.113nm)比Ti~(4+)的半径(0.068nm)大,所以Eu~(3+)不易取代Ti~(4+)的位置,而是比较均匀地弥散在TiO_2纳米晶中,在TiO_2的晶界面形成Ti-O-Eu的键合。此外,在酸催化下的样品退火温度在300~900℃范围内(碱催化下的样品退火至800℃)时,XRD显示样品仍为锐钛矿相,表明Ti-O-Si键的形成有利于稳定样品的锐钛矿晶型,碱催化下的样品没有酸催化下样品的锐钛矿相稳定,结晶性也不够完善,酸性条件更有利于锐钛矿相的形成。样品的SEM、TEM显示,两种方法制备出的样品粒度分布都较均匀,形貌均一,呈现一定的单分散性球形纳米颗粒。样品的激发光谱、发射光谱显示:①纳米二氧化钛TiO_2在469nm左右能够产生氧空位的发光峰,与Eu~(3+)离子的465 nm处7F0→5D2跃迁吸收有很大的重迭,进行了能量传递,使得样品的激发波长由紫外光区扩展到了可见光区;②当钛硅摩尔比较高时,Si~(4+)进入TiO_2的晶格,取代了部分Ti~(4+)的位置,能够形成结构等电子陷阱,这种结构有利于基质中能量的传递,Eu~(3+)的5D0→7F2电偶极跃迁强度被大大增强,复合氧化物中Eu~(3+)的发光强度要高于纯二氧化钛中的强度;③酸催化下的样品的发光强度较碱催化下的样品的发光强度得到了显着性增强,稀土Eu~(3+)的掺杂浓度界限也得到提高,说明样品的锐钛矿相结构较金红石相更有利于样品基质吸收能量,并能够把吸收的能量高效地传递到发光中心;④由于纳米颗粒的表面与界面效应致使能量共振传递受到纳米粒子的边界的阻碍,激发能从发光中心传递到猝灭中心的几率减少,而在发光中心之间的传递频率大为增加,所以制备的样品中稀土离子掺杂浓度界限较体相材料都得到提高,发光强度明显增强。综上所述,纳米发光材料的这些性质有望使其成为有潜在应用价值的发光材料。
张兴双[4]2017年在《Er~(3+)/Ho~(3+)掺杂ZrO_2纤维和LaNbTiO_6荧光粉的温度传感和荧光增强性质研究》文中研究指明本论文基于本课题组已成功研制氧化锆纤维的基础上,依据稀土离子热耦合能级荧光强度比技术探索氧化锆基荧光纤维的温度传感性质;并从能量传递和优化基质晶格结构两种有效可行的方式探究氧化锆基荧光纤维布和钛铌酸镧基荧光粉提高荧光强度和发光效率的途径。本论文主要研究内容如下:一、ZrO2:RE3+(RE=Er3+,Ho3+/Yb3+)荧光纤维温度传感性质氧化锆作为一种隔热材料,具有良好的热稳定性,抗化学腐蚀性,抗氧化,不挥发,无毒无污染的特点,并且具有较低的声子能量,这些都使其可以作为上转换荧光材料中的基质。(1)通过溶胶-凝胶法合成了 ZrO2:0.2 mol%Er3+和 ZrO2:0.5 mol%Ho3+,10 mol%Yb3+前驱体纺丝液,通过静电纺丝技术和后期热处理过程制备了稀土离子掺杂氧化锆纤维。表征了其晶体结构和形貌,ZrO2:0.2 mol%Er3+为单斜相,ZrO2:0.5 mol%Ho3+,10 mol%Yb3+为四方相,纤维直径约为1～1.5μm。(2)依据稀土离子热耦合能级荧光强度比测温原理研究了其在不同温度下的变温上转换光谱与温度的依赖关系。稀土离子Er3+的热耦合能级为2H11/2和4S3/2,能级差约为700～800cm-1。在10～531 K范围内,980 nm激发下,通过分析ZrO2:0.2 mol%Er3+纤维中Er3+热耦合能级2H11/2和4S3/2的荧光强度比与温度的依赖关系,并计算其绝对灵敏度和相对灵敏度,发现300～531 K下其相对灵敏度比以往研究的材料相对灵敏度高。当T=70K时,其相对灵敏度为17%·K-1,随着温度升高,相对灵敏度逐渐降低,室温和500 K时,其相对灵敏度分别为1.45%·K-1和0.51%· K-1,如此高的灵敏度在非接触荧光测温研究领域有着重要的价值。(3)根据热耦合能级差选择合适的掺杂离子,提高最佳测温范围。Ho3+的热耦合能级为5F1/5G6和5F2.3/3K8,由于其能级差较大,在较低的温度下,上能级粒子布居数目较少,导致该能级发光强度太弱,不适用于较低温度下的温度传感,因此我们对Zr02:0.5 mol%Ho3+,10 mol%Yb3+纤维在300～650 K范围内做了一系列变温上转换光谱测试,研究了其荧光强度比与温度的依赖关系,并对其绝对灵敏度和相对灵敏度进行了计算。当T=360 K时,其相对灵敏度最高,可达到0.61%· K-1,当温度为300 K和500 K时,其相对灵敏度分别为0.56%· K-1和0.53%· K-1。虽然其相对灵敏度较小,但是不同温度下其荧光强度比变化非常明显,这对后续Ho3+掺杂荧光材料的温度传感性质具有非常大的参考价值。二、Yb3+共掺杂对ZrO2:Er3+纤维布的上转换荧光增强和波长调节ZrO2:Er3+荧光纤维具有较好的温度传感性质,且其灵敏度较高。为了进一步提高其荧光强度,我们在对Er3+掺杂的ZrO2纤维进行了详细的参数调控。通过添加敏化剂离子Yb3+,显着增强了其荧光强度,并发现不同的Yb3+掺杂浓度可以调节Er3+发射光的颜色。(1)通过上述方法制备合成了不同浓度Er3+和Yb3+掺杂的ZrO2:x Er3+,y Yb3+纤维布。从其XRD图谱可以看出,随着Yb3+共掺杂比例的增加,ZrO2:x Er3+,yYb3+纤维布晶型有单斜相逐渐向四方相转变。(2)通过敏化剂Yb3+的引入实现荧光增强。室温下,对ZrO2:xEr3+,yYb3+纤维布的一系列上转换发射光谱测试结果表明:Yb3+的加入可以显着增强ZrO2:xEr3+纤维的荧光强度。通过分析其上转换发光机理得出,这是因为敏化剂Yb3+对980 nm的激发光源具有非常大的吸收截面,Yb3+可以将吸收的激发光能量传递给邻近的受激发的Er3+,大大增加了处于激发态的Er3+的数目,增加了 Er3+通过辐射跃迁返回基态的几率,增强了荧光发射。(3)通过不同激活剂和敏化剂掺杂比例可以实现波长调节。随着Yb3+掺杂浓度的增加,ZrO2:x Er3+纤维的红光和绿光发射强度比值逐渐增大,尽管Er3+/Yb3+掺杂浓度较大时,会导致浓度猝灭现象的产生,一定程度上降低发射光的强度和荧光寿命,但其发射强度依然明显高于Er3+单掺杂样品的发射强度。同时,Er3+-Er3+和Er3+-Yb3+之间会发生交叉驰豫现象,进一步促进红光的发射,而降低绿光的发射,使得发射光中红/绿光荧光强度比越来越大。通过调节Er3+/Yb3+掺杂比例来获取所需要的可见光(绿-黄-红)发射,可实现波长调节,这两个性质使其在需要高强度发射、特定波长光信号输出的领域内有着重要的意义。叁、Bi3+/Li+对 LaNbTiO6:Ho3+和 LaNbTiO6:Er3+荧光粉的荧光增强钛铌酸镧由于其良好的热学和物理化学性质,已经在铁电、压电、微波介质以及光催化等领域内得到了相应的研究。此外,由于其晶体结构相对复杂,内部晶体场强度较大,钛铌酸镧也是一类非常好的光活性基质材料。(1)通过溶胶-凝胶-燃烧法和后期热处理过程制备了绿光发射和蓝绿光发射的 LaNbTiO6:x Ho3+,y Bi3+和 LaNbTiO6:x Er3+,y Li+荧光粉。XRD 图谱分析表明,所有掺杂样品均呈现正交相结构。La3+/Ho3+/Bi3+/Er3+均位于八个Nb/Ti-O八面体中间,尺寸较小的Lii+位于晶格间隙中。(2)通过对不同掺杂浓度的Bi3+和Ho3+单掺杂和共掺杂样品的荧光光谱图测试,发现Bi3+单掺杂样品的发射光谱与Ho3+掺杂样品的激发光谱有较大重迭,因此Bi3+的加入增强了 Ho3+的荧光发射强度是由于Ho3+吸收了 Bi3+的部分发射光增加了激发光来源导致的。同时,具有正交相结构的LaNbTi06基荧光粉具有物理化学稳定性、无毒环保等优点,表明LaNbTiO6:4 mol%Ho3+,2 mol%Bi3+是一种高强高效的纯绿色荧光粉,对叁基色荧光粉中绿粉的研究具有较好的参考意义。(3)在LaNbTiO6:Er3+,Li+样品中,Li+的加入显着增强了 Er3+的荧光发射强度。对于Er3+单掺杂的样品,其XRD衍射峰位较纯相的LaNbTiO6衍射峰位发生了一定程度的红移现象,而当Li+共掺杂入LaNbTiO6:Er3+样品中时,又产生一定程度的蓝移现象,由于Er3+的加入而产生的衍射峰位红移的现象几乎消失,与纯相的LaNbTiO6样品的XRD图谱完全重迭,可见适量的Li+的加入可以通过电荷补偿作用改善材料的晶格结构和Er3+周围晶体场的对称性,缓解了过量Er3+掺杂导致的荧光猝灭现象,实现了 Er3+的荧光增强。本论文在氧化锆纤维制备基础上,围绕着稀土发光材料在光温传感和荧光增强性质上的需求,选择合适的氧化物荧光材料体系,从Er3+/Ho3+/Yb3+掺杂的氧化物出发,成功制备了 300～600 K温度范围内最高灵敏度达到1.45%· K-1的光学温度传感材料ZrO2:0.2 mol%Er3+纤维。为满足荧光材料高强高效的需求,从添加敏化剂离子、能量传递和优化机制晶格角度出发,通过Yb3+/Bi3+/Li+在ZrO2纤维和LaNbTiO6荧光粉中的共掺杂显着提高了样品的荧光强度和发光效率,并详细地研究了其荧光增强的途径和机理。研究结果将为下一步拓宽光温传感材料的测温范围和灵敏度,以及实现高强高效发光材料提供了途径和依据。
刘仁源[5]2011年在《静电纺丝技术制备La_2M_2O_7（M=Ti，Zr，Sn）：RE~(3+)纳米带与发光性质研究》文中指出低维纳米材料作为器件和材料的基本构成单元对集成电路和功能性元件的构筑,将起到十分重要的作用,其制备和加工是纳米技术领域的重要组成部分。静电纺丝技术因其高效、操作简单等优点,近年来已成为制备无机氧化物低维纳米材料的重要方法之一。La2M2O7(M=Ti, Zr, Sn)本身具有的光学透明性,稀土离子掺杂La2M2O7(M=Ti,Zr, Sn)的纳米发光材料也受到人们的广泛关注。因此,采用静电纺丝技术制备稀土离子掺杂La2M2O7(M=Ti, Zr, Sn)低维纳米发光材料将是一个有意义、重要的研究课题。本文中以聚乙烯吡咯烷酮和无机盐为原料,通过溶胶-凝胶过程制备出具有一定粘度的前驱体溶胶,并采用静电纺丝技术制备了PVP/无机盐复合纤维及复合纳米带,经过热处理得到了La2Ti2O7：Eu3+纳米纤维、纳米带,La2Zr2O7纳米纤维,La2Zr207:RE3+(RE=Er, Yb/Er)纳米带、纳米纤维,La2Zr207:RE3+(RE=Eu,Tb)纳米纤维,La2Sn2O7纳米纤维,采用TG-DTA、XRD、FTIR、FESEM、TEM、UV-Vis和荧光光谱等技术对样品进行了表征。结果表明,所制备的稀土离子掺杂的La2M2O7(M=Ti, Zr)纳米带为纳米短棒或粒子组成,宽厚比大,平均带宽3-5μm,厚度约90-140nm。所制备的稀土离子掺杂的La2M2O7(M=Zr, Sn)纳米纤维尺寸均一,彼此没有交联,没有断裂,纤维直径平均为140-180 nm。获得了一些有意义的研究结果,为进一步深入研究稀土离子掺杂的La2M2O7(M=Ti, Zr, Sn)发光或者上转换发光低维纳米材料的性质奠定了一定的基础。
吕春燕[6]2016年在《基于稀土掺杂的高k氧化物薄膜的硅基电致发光器件》文中指出硅是间接禁带半导体,室温下发光效率很低,这严重限制了硅基光电集成技术的发展。因此,需要利用其它发光材料制备用于硅基光电集成的光源。稀土离子具有特殊的电子层结构,其发光具有谱带窄、色纯度高、受外界环境影响极小等优点,因而实现硅基稀土发光是探索硅基光电集成所需光源的途径之一。高效的稀土发光需要合适的基体材料,而近年来高介电常数(k)氧化物已被证明是较为理想的稀土发光基质材料。因此,若采用与集成电路制造兼容的工艺在硅基上实现稀土掺杂的高k氧化物薄膜的电致发光,将为硅基发光器件的研究开辟新的领域。本文详细研究了以未掺杂的、以及不同稀土离子掺杂的CeO2、ZrO2薄膜为发光层的硅基金属-氧化物-半导体(MOS)器件的电致发光及其物理机制,取得如下主要创新成果：(1)采用射频磁控溅射法,在重掺p型硅(p+-Si)衬底上沉积CeO2薄膜,并在不同温度下进行热处理。在此基础上,制备了结构为ITO/CeO2/p+-Si的MOS器件。在较低(<10 V)的正向偏压下,实现了该器件在紫外及可见光区的电致发光。研究发现基于550℃热处理的薄膜的器件在发光强度上优于基于450℃热处理的薄膜的器件,这是由于550℃热处理的CeO2薄膜含有更多的氧空位及Ce3+离子。结合器件的载流子输运特性和器件的能带结构图,阐明了器件的电致发光机理,即：在足够高的正向偏压下,电子和空穴注入到CeO2中,并分别被俘获在氧空位相关的缺陷能级及与Ce3+离子相关的Ce 4f1能带。氧空位相关的不同能级上的电子与Ce 4f1能带中的空穴发生辐射复合,导致了不同波长的发光。(2)利用射频磁控溅射法,在重掺n型硅(n+-Si)衬底上沉积掺Er的CeO2(CeO2:Er)薄膜,并在不同温度下进行热处理。在此基础上,制备了结构为ITO/CeO2:Er/n+-Si的MOS器件,实现了该器件在较低的正向或反向偏压(～7V)下源自Er3+离子的可见区及红外区(～1530 nm)的电致发光。研究发现：与基于700 ℃热处理的CeO2:Er薄膜的器件相比,基于900℃热处理的CeO2:Er薄膜的器件的电致发光更强,这是由于更高温度的热处理能够激活更多的Er3+离子,且能减少CeO2:Er薄膜中非辐射复合中心。分析指出：在一定的正向或反向偏压下,电子分别从n+-Si或ITO通过缺陷辅助隧穿进入CeO2导带,并在电场的加速下成为“热电子”,进而碰撞激发CeO2基质中的Er3+离子,随后的退激发产生特征的可见及近红外发光。(3)利用射频磁控溅射法,在p+-Si衬底上沉积掺Eu的CeO2 (CeO2:Eu)薄膜,并在不同温度下进行热处理。在此基础上,制备了结构为ITO/CeO2:Eu/p+-Si的MOS器件。研究发现：该MOS器件的电致发光性能与CeO2:Eu薄膜的热处理温度密切相关,这在本质上是由器件的载流子输运机制所决定的。基于400℃热处理的CeO2：Eu薄膜的MOS器件的载流子输运遵循Poole-Frenkel (P-F)发射机制,从ITO电极注入到CeO2基体中的电子(占据氧空位相关能级)与从p+-si注入到CeO2基体中的空穴(处在Ce 4f1能带中)发生辐射复合,产生宽带的可见发光。基于800℃热处理的CeO2:Eu薄膜的MOS器件的载流子输运遵循缺陷辅助隧穿(TAT)机制,电子从ITO电极依靠TAT机制注入到CeO2导带中,在电场加速下成为热电子,进而碰撞激发Eu3+离子,随后的退激发产生单色性相当好的590 nm发光。基于600℃热处理的CeO2:Eu薄膜的MOS器件的载流子输运受P-F和TAT混合的机制支配,因此在电致发光性能上表现为宽带的可见发光与尖锐的590 nm发光共存。(4)采用射频磁控溅射法,在p+-si衬底上分别沉积末掺杂和稀土掺杂的ZrO2(ZrO2:RE, RE=Er、Eu)薄膜,并在不同条件下进行热处理。在此基础上,制备了结构为ITO/ZrO2/p+-si和ITO/ZrO2:RE/p+-Si的MOS器件。研究表明：基于真空热处理的ZrO2薄膜的MOS器件比基于氧气氛下热处理的ZrO2薄膜的MOS器件具有更强的电致发光,这是由于真空热处理的ZrO2薄膜中含有更多氧空位和Zr3+离子。分析认为,在一定的正向偏压下,电子和空穴分别从ITO和p+-Si注入到ZrO2中,并分别被氧空位相关的缺陷(F+、AOD+中心)及与Zr3+离子相关的缺陷捕获,当这些电子和空穴发生辐射复合时,产生中心峰位位于-445和545 nm的宽带发光。遗憾的是,基于ZrO2:RE薄膜的MOS器件的电致发光只表现出源于ZrO2基体中缺陷的宽带发光,未出现与稀土离子相关的特征发光。通过研究器件的载流子输运特性,认为这是因为载流子输运机制是缺陷辅助的P-F机制,在该机制下电子不能被加速为能碰撞激发稀土离子的热电子。
桑士晶[7]2012年在《金属离子与稀土共掺ZrO_2纳米晶的制备及发光性质研究》文中研究指明稀土发光材料广泛用于生活的各个领域,其优异的光学性能一般取决于稀土离子和基质材料的性质。与稀土共掺的其他金属离子,也会影响发光材料的光学性能,它们为稀土离子的电子跃迁提供了更丰富的能级和能量传递途径,同时可以改变材料的晶体结构。本文采用声子能量低、理化结构稳定的的ZrO_2为基质,研究了金属离子Bi~(3+)、Li+和Yb~(3+)对稀土发光材料的发光性能的影响,讨论了它们对稀土离子发光的敏化条件和机制。具体研究内容和主要结果如下:1.采用化学共沉淀法制备了 ZrO_2:Eu~(3+)-Bi~(3+)纳米晶荧光粉体。在395nm紫外光和465nm蓝光激发下,观察到Eu~(3+)离子的室温强特征发射,强发射峰位于605nm。随煅烧温度的升高,样品的晶格结构由四方相转化为四方和单斜混合相。Eu~(3+)离子在四方相中的室温特征发射明显强于在混合相中的发射。Eu~(3+)离子的激发谱中观测到Bi~(3+)离子1S0→3p1能级的跃迁,说明Bi~(3+)离子和稀土离子间存在能量传递。可用低成本的LED作为这种荧光粉的激发光源.也可以得到白光LED用红色荧光材料。2.采用化学共沉淀法制备了 ZrO_2:Eu~(3+)-Li+纳米晶荧光粉体。在376nm紫外光和488nm蓝光激发下,都可以观察到Er~(3+)的室温强特征发射,发射峰位于560nm。分析样品的XRD图谱可知,随煅烧温度的升高,样品由四方相向单斜相转变,Li+的掺杂不会改变样品的晶相,但会影响晶格的对称性。在四方相含量较多的ZrO_2:Er~(3+)-Li+纳米晶中,376nm紫外光和488nm蓝光激发的下转换绿光发射较强。3.采用共沉淀法制备了 ZrO_2:Er~(3+)-Yb~(3+)纳米晶粉体,用微乳液法制备了 SiO_2包覆ZrO_2:Er~(3+)-Yb~(3+)纳米晶粉体,对其发光性质进行了对比研究。发现976nm红外激发的ZrO_2:Er~(3+)-Yb~(3+)纳米晶在绿光区和红光区均有上转换发射,红光的发射强度大于绿光,两者都是双光子过程。样品的晶体结构为四方相时,其荧光发射最强,四方和单斜混合相的上转换发射最强。SiO_2包覆可以提高样品的相变温度,起到稳定晶格结构的作用,从而可以制得结晶度更好的混合相样品,获得更高的上转换发光效率,在1100℃下锻烧的SiO_2包覆的样品比不包覆的样品最高有3倍的增强。
刘少武[8]2011年在《Y_2O_3：Tb~(3+)和Gd_2O_3：Tb~(3+)纳米材料的制备及发光性能研究》文中研究表明纳米稀土发光材料由于小尺寸效应和表面效应而具有特殊的发光性质已引起人们的关注。本论文以Y203:Tb3+和Gd203:Tb3+两种纳米晶发光材料为对象,研究它们的制备方法、结构、形貌和发光性能。用共沉淀法和溶胶-凝胶法两种方法制备了纳米Y203:Tb3+和Gd203:Tb3+材料,并用XRD.SEM.FT-IR和PL等对其进行表征,主要内容及得到的一些创新性结论如下：1.采用共沉淀法和溶胶-凝胶法分别制备了Tb3+掺杂的Y203和Gd203纳米材料,两种方法制备的纳米颗粒都呈球形。样品在约700℃完成结晶,比用高温固相法的合成温度低。2.研究了Y203:Tb3+纳米材料的发光性质与退火温度、Tb3+掺杂浓度的关系,并对两种方法制备的样品发光性质进行了比较。结果表明,在357nm的紫外光激发下,Y203:Tb3+纳米晶的最强发射峰均位于543nm处,它来自于Tb3+的4D4-7F5跃迁。样品的激发和发射光谱的强度都随退火温度的升高而增强,且用溶胶-凝胶法制备的样品发射强度比用共沉淀法制备的样品强。用共沉淀法制备Y203:Tb3+纳米材料的最佳掺杂浓度为1%。3.用溶胶-凝胶法制备了Gd203:Tb3+纳米材料,对其结构、形貌和结晶过程等进行了表征,并讨论了退火温度和掺杂浓度与发光性质的关系。XRD和FT-IR结果分析表明,样品的起始结晶温度为600℃。与Y203：Tb3+研究结果不同的是,退火温度从700℃增至800℃时,Gd203:Tb3+的4D4-7F5跃迁发射峰从544nm红移至554nm,且发射强度也随之减弱,这是温度升高使Tb3+所处的环境改变而致使粒子的能级发生变化所造成的。用溶胶-凝胶法制备的Gd203:Tb3+纳米材料最佳掺杂浓度为1.5%。
潘静[9]2010年在《稀土纳米结构SiO_2发光材料的制备及性能研究》文中研究表明本文采用溶胶-凝胶法和水热法制备了不同掺杂类型和不同结构的纳米Si02发光材料,通过荧光(PL)光谱、红外吸收谱(IR)、原子力显微镜(AFM)、透射电镜(TEM)等现代分析手段对样品进行了表征,并对其发光机理进行了分析。通过研究不同含水量、退火温度等因素对样品的荧光强度,磷光强度和发光寿命等性能的影响,得知无论对于粉末还是薄膜形态的Tb3+掺杂SiO2发光材料,这些因素同时影响着Tb3+的发光性能,且对发光强度的影响形成了一个竞争机制。经750℃退火处理样品的发光强度,随含水量的增加,先减弱后增强之后又减弱。通过分析样品的磷光特性,得知含水量对磷光与荧光强度的变化趋势一致,且对发光衰减时间也有明显的影响。最终,确定正硅酸乙酯,无水乙醇和蒸馏水的最优摩尔比为1：4：4,陈化时间为一天,在650-800℃存在最佳退火温度使得样品SiO2：Re3+发光最强。采用sol-gel法分别制备了Zn2+、Sn2+和Al3+等金属离子掺杂的SiO2：Re3+发光干凝胶和薄膜,薄膜分别镀在玻璃片和硅片上。充分利用F-7000荧光光谱仪分析了不同金属离子掺杂SiO2：Re3+样品的发光性能。通过掺杂金属离子改变稀土离子的微观环境使得样品SiO2：Re3+,Mn+发光效率增大。同等条件下,粉末发光最强,玻璃上镀的薄膜发光强度次之,硅片上镀的薄膜发光最弱。由于局域场增强或能量转移效应,金属离子掺杂SiO2：Re3+样品发光较不掺杂的强；金属离子掺杂样品所需的最佳退火温度比无掺杂样品的有所降低；不同类型金属离子掺杂SiO2：Re3+样品发光最强时对应的最佳浓度不同,如当Re是Tb时,Zn2+掺杂的最佳浓度为0.4%,而Sn2+为0.2%。此外,比较了利用水热法和溶胶凝胶法制备得到SiO2：Tb3+,Zn2+样品的发光性能,发现利用前者得到样品的发光不如后者的强,主要因为形成的基质网络结构不同。采用sol-gel法制备了核壳结构分别为SiO2：Tb3+包覆SiO2颗粒(Si@Si-Tb)和SiO2包覆SiO2：Tb3+颗粒(Si-Tb@Si)两种结构,通过改变纳米材料的结构使得样品发光效率增大。在一定条件下核壳结构的发光强度较粉末SiO2：Tb3+的强,且得出0.8 Si@Si-Tb-z样品发光效率最高,即核质量为0.8g的SiO2颗粒分散在25ml的SiO2：Tb3+溶液,未经陈化得到的样品发光效率高。随着核质量的增加,发光离子数也增加,发光增强,但增加到一定值时,发光减弱。通过分析过滤后所得澄清溶液和沉淀所得样品的发光性能,发现上清液所得产物均比下层沉淀的发光强,而与核质量或结构无关。
郭辉[10]2014年在《氟化物纳米晶中基于稀土浓度诱导结构相变对能量传递过程的研究》文中认为掺稀土氟化物纳米晶作为一种新型发光材料在照明、显示和生物等领域具有潜在应用价值。在众多领域中,人们主要应用纳米晶中稀土离子的光学性质,而其光学性质又依赖于纳米晶结构。本文采用“热诱导-腐蚀法”制备了掺稀土氟化物纳米晶材料,通过X射线衍射、透射电子显微镜和荧光光谱等手段清晰系统地研究了稀土掺杂浓度对氟化物纳米晶结构的影响,进而基于纳米晶的结构相变实现了对稀土发光的微调控,为掺稀土纳米晶材料的发展提供理论指导。根据对不同稀土浓度掺杂纳米晶的结构和形貌表征,提出了浓度诱导纳米晶的结构相变模型。稀土离子以取代Pb2+离子并以F-离子作电荷补偿的方式掺入纳米晶。在低浓度掺杂时,纳米晶形成立方相Pb3REF9结构,随着掺杂浓度的提高,纳米晶结构逐渐过渡到四方相PbREF5。尤其是本文第一次观察到并证实了中等浓度掺杂下纳米晶同时具有这两种结构的情形。稀土掺杂浓度诱导了纳米晶的结构相变,并导致了稀土离子在纳米晶中的位置对称性从Oh到D4h的破缺。基于所提结构模型,采用Eu3+离子作为荧光探针和Rietveld法结构精修,进一步从实验和理论上验证了相变过程的正确性。纳米晶结构相变可导致稀土离子的不同分布和位置对称性破缺,进而影响稀土间的能量传递和发光特性。通过对不同结构中Yb3+离子合作上转换发光的研究,发现Yb3+离子间距离是影响它们之间敏化作用强弱的主要因素；接着通过对Yb3+-Tb3+共掺纳米晶结构相变的研究提出了两种叁中心分布模型,进而基于不同的分布模型建立了Cooperative Energy Transfer (CET)和Accretive Energy Transfer (AET)两种叁中心能量传递机制,并通过荧光光谱和速率方程从实验和理论上予以证实。CET过程发生在一个Tb3+离子和两个无相互作用的Yb3+离子之间,而AET过程发生在一个Tb3+离子和两个具有强敏化作用的Yb3+离子之间。通过荧光寿命测量和近红外发光量子效率的计算,发现AET过程中的发光量子效率为134%,远高于CET过程中的104%,说明能够发生AET过程的Yb3+-Tb3+共掺材料更适合应用在太阳能电池方面以提高其转化效率。总之,本文的工作将对进一步研究掺稀土纳米材料的发光特性及其应用提供非常有益的帮助。
参考文献：
[1]. ZrO_2:RE纳米材料发光性质的研究[D]. 刘晃清. 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）. 2003
[2]. ZrO_2：RE和La_2O_3：RE材料发光性质的研究[D]. 刘晃清. 湖南大学. 2007
[3]. 稀土RE~（3+）（Eu~（3+）、Tb~（3+））掺杂的以纳米SiO_2和TiO_2一元或二元体系为基质的发光材料的制备与发光性质的研究[D]. 齐霞. 内蒙古师范大学. 2010
[4]. Er~(3+)/Ho~(3+)掺杂ZrO_2纤维和LaNbTiO_6荧光粉的温度传感和荧光增强性质研究[D]. 张兴双. 山东大学. 2017
[5]. 静电纺丝技术制备La_2M_2O_7（M=Ti，Zr，Sn）：RE~(3+)纳米带与发光性质研究[D]. 刘仁源. 长春理工大学. 2011
[6]. 基于稀土掺杂的高k氧化物薄膜的硅基电致发光器件[D]. 吕春燕. 浙江大学. 2016
[7]. 金属离子与稀土共掺ZrO_2纳米晶的制备及发光性质研究[D]. 桑士晶. 哈尔滨师范大学. 2012
[8]. Y_2O_3：Tb~(3+)和Gd_2O_3：Tb~(3+)纳米材料的制备及发光性能研究[D]. 刘少武. 湖南大学. 2011
[9]. 稀土纳米结构SiO_2发光材料的制备及性能研究[D]. 潘静. 西北大学. 2010
[10]. 氟化物纳米晶中基于稀土浓度诱导结构相变对能量传递过程的研究[D]. 郭辉. 南开大学. 2014
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