稀土激活的新型氧化物上转换材料研究

【摘要】稀土掺杂的上转换荧光材料在照明与显示、生物荧光标记、太阳能电池、光学温度传感等方面具有潜在应用。本文以获得高效稳定的上转换荧光材料为目的,选择双钼酸盐和铟酸盐为基质、稀土离子为激活剂,采用溶胶-凝胶技术合成了具有优异上转换发光特性的材料,并系统研究了荧光强度与合成方法、工艺参数、基质组成、掺杂离子浓度、激发光功率、共掺杂离子等的依赖关系。并对其上转换发光机制、发光颜色的调控及上转换效率的提高进行了深入研究,着重讨论了Yb3+离子对不同稀土离子上转换发光过程中的能量传递作用。制备了Er3+,Yb3+共掺的ALn(MoO4)2(A=Li,Na,K,Ag;Ln=La,Gd,Y)绿色荧光粉,系统研究了荧光强度对制备方法、合成工艺参数、掺杂离子浓度和基质组成的依赖关系,结果表明,溶胶-凝胶法制备的样品比传统高温固相法具有更高的发光强度。以LiLa(MoO4)2为基质时上转换发光最强；以其为基质,采用共掺杂技术实现了上转换红、绿、蓝三色发光,通过Ho3+,Tm3+,Yb3+离子的合理配比实现对三色荧光比的调控,获得了单一波长泵浦的上转换白光发射。首次研究了以具有较低声子能量的CaIn2O4为基质的上转换发光材料。合成了具有红、绿双色发射的CaIn2O4:Er3+,Yb3+上转换荧光粉,Er3+和Yb3+浓度的增加导致了发射红绿比的增加,进而获得色度可调的上转换荧光发射。通过对Er3+单掺的样品和Er3+,Yb3+共掺的样品的发射光谱比较、荧光强度与泵浦功率的依赖关系以及寿命测试阐明了样品的上转换发光机理和Yb3+对Er3+离子的能量传递作用。制备了Ho3+单掺和Ho3+,Yb3+共掺的CaIn2O4绿色上转换荧光粉,研究了制备方法、合成条件、掺杂浓度、泵浦功率对样品发光强度的影响,讨论了其上转换机制。结果表明,Ho3+离子的红光发射为双光子过程,绿光发射为双光子和三光子过程同时存在。溶胶-凝胶法制备的样品的发射强度是高温固相法制备的样品的12倍,Yb3+离子的加入对Ho3+离子的上转换发射具有良好的敏化作用。对具有最佳组成的CaIn2O4:0.1Yb3+,0.005Ho3+的上转换效率测试表明,上转换效率随着激发光功率的增加逐渐增加,在功率达到1.5W时上转换效率达5.5%,是迄今为止有报道的上转换荧光材料中效率最高的。充分表明,CaIn2O4:Yb3+/Ho3+是一种高效的上转换绿光发射材料。合成了CaIn2O4:RE3+和CaIn2O4:RE3+,Yb3+(RE=Tm,Pr,Nd)荧光粉,研究了样品的可见光上转换荧光特性,通过荧光光谱比较说明Tm3+,Pr3+,Nd3+的上转换发射过程中Yb3+离子对Tm3+,Pr3+,Nd3+的能量传递起着主要作用。荧光光强和激发光功率的依赖关系研究表明Tm3+、Nd3+的上转换发射为三光子过程而Pr3+离子为双光子和三光子过程同时存在。在Er3+,Yb3+离子双掺的CaIn2O4中引入Li+离子,使样品的上转换荧光强度得到明显增强。分析Li+离子掺杂对荧光粉上转换增强的原因可能有Li+的电荷补偿作用、Li2CO3的助熔作用以及Li+带来的晶格畸变。
【作者】李婷；
【导师】郭崇峰；
【作者基本信息】西北大学，光学，2014，博士
【关键词】上转换；荧光粉；能量传递；溶胶-凝胶法；氧化物；

【参考文献】
[1]吴则焰,林文雄,陈志芳,方长旬,张志兴,吴林坤,周明明,陈婷.中亚热带森林土壤微生物群落多样性随海拔梯度的变化[J].植物生态学报,2013,05:397-406.
[2]高伟怡.二肽基肽酶4抑制剂对2型糖尿病患者胰岛素抵抗的作用的系统评价[D].山东大学,临床医学（专业学位）,2013,硕士.
[3]韩泉叶.城市轨道交通线网应急安全保障关键技术研究[D].兰州交通大学,交通信息工程及控制,2014,博士.
[4]沈笑一.我国货币替代理论和实证分析[D].对外经济贸易大学,金融学,2004,硕士.
[5]许渝谨.固相萃取—气相色谱—正化学离子源质谱法检测水中9种亚硝胺类消毒副产物[D].青岛理工大学,环境工程,2012,硕士.
[6]傅晓旭.电子废弃物拆解区树皮中多溴联苯醚与树轮中重金属的生物富集研究[D].华东理工大学,环境科学与工程,2014,硕士.
[7]李则民.三相桥式可控硅装置中正向电压上升率造成的误触发及其解决措施[J].冶金自动化,1979,06:1-10.
[8]梁慧.p38MAPK通路在响尾蛇毒素诱导SK-MES-1肺癌细胞凋亡和自噬中的作用[D].苏州大学,生药学,2012,硕士.
[9]耿青霞.元认知知识与高职英语写作成绩的相关性研究[D].山东师范大学,课程与教学论,2013,硕士.
[10]林红岩.当代中国大众文化问题研究[D].山东大学,马克思主义基本原理研究,2013,硕士.
[11]俞晓霞.论数字图书馆个性化信息服务的实现[J].图书情报工作,2005,05:30-32+71.
[12]郭美娣.内部控制测试在电力审计中的应用[D].吉林大学,会计,2013,硕士.
[13]施建华.基于WEB的GIS应用技术研究[D].南京航空航天大学,交通信息工程及控制,2004,硕士.
[14]张俊国,李凯,梁三龙,潘德惠.基于分布参数模型的证券市场价值分析[J].控制与决策,1999,S1:573-576+580.
[15]季晓慧,张健.约束问题求解[J].自动化学报,2007,02:125-131.
[16]许晓丹.济南市及周边地区大豆及其制品外源基因成分分析[D].齐鲁工业大学,食品科学,2014,硕士.
[17]杨亮.环形斜拱多层结构静动力分析[D].哈尔滨工业大学,结构工程,2013,硕士.
[18]陈西娟,王成章,叶建中.银杏叶化学成分及其应用研究进展[J].生物质化学工程,2008,04:57-62.
[19]高文婷.WDM光网络中多域保护路由机制的研究与仿真实现[D].东北大学,计算机应用技术,2010,硕士.
[20]崔红斌.离子浓度对聚苯乙烯表面纳米气泡影响的研究[D].哈尔滨工业大学,机械电子工程,2014,硕士.
[21]周啸,金新民,唐芬,吴学智,童亦斌.αβ0坐标系下带不平衡负载的三相四桥臂变流器控制策略[J].中国电机工程学报,2014,19:3105-3113.
[22]成阳.实时人脸识别系统关键技术研究与实现[D].国防科学技术大学,计算机技术,2013,硕士.
[23]党志敏.氧化石墨烯及其复合材料的制备与表征[D].南京理工大学,2010.
[24]李一雄.微V槽超精密加工运动控制系统的研究与开发[D].广东工业大学,机械电子工程（专业学位）,2014,硕士.
[25]柯燎亮.功能梯度材料的二维接触力学及微动分析[D].北京交通大学,2007.
[26]弓婧绚.高校推进学习型党组织建设理论与实践研究[D].西南大学,马克思主义中国化研究,2013,硕士.
[27]孙玉宝.液晶平板显示激光背光模组的设计与实验研究[D].山东大学,光学工程,2013,硕士.
[28]陈晓冬.E-cad、β-cat、MMP_7在食管鳞状细胞癌中表达的研究[D].山西医科大学,胸外科学,2002,硕士.
[29]方振东.恩施州土家族传统村寨景观研究[D].南京农业大学,城市规划与设计,2012,硕士.
[30]曹利.山东省沿海和内陆城镇居民消费结构差异分析[D].东北财经大学,统计学,2012,硕士.
[31]周晓敏.基于偶应力理论的有限元法及其在断裂力学中的应用[D].山东大学,工程力学,2013,硕士.
[32]吴红梅.知识管理的困境探析[D].苏州大学,马克思主义哲学,2003,硕士.
[33]闫英才.困境·突围·创新：我国电视读书节目研究[D].西南大学,传播学,2014,硕士.
[34]万瑶.无线电定位技术的研究[D].中北大学,电子与通信工程,2013,硕士.
[35]谭欣宇.沉默CXCR4表达对抑制肝外胆管癌细胞增殖和神经侵犯的研究[D].中南大学,外科学,2014,博士.
[36]李寅.国有企业高管薪酬法律规制研究[D].湖南师范大学,经济法学,2014,硕士.
[37]杜珺.山西省大学英语新教师专业发展调查与研究[D].山西财经大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士.
[38]姚季.醋酸甲酯加氢制乙醇反应研究与流程模拟[D].华东理工大学,化学工程,2014,硕士.
[39]叶志平,李焕文,林颖.树脂法去除并回收富营养化河涌水中的磷[J].环境工程学报,2013,08:3025-3030.
[40]廖卉芳.武汉市棚户区改造困境及对策研究[D].华中科技大学,土地资源管理,2013,硕士.
[41]钱祺.基于Web的海量小文件存储解决方案的研究与实现[D].东北师范大学,计算机软件与理论,2012,硕士.
[42]马亚娟.基于人工免疫系统的自动聚类算法及其应用[D].西安电子科技大学,电子与通信工程,2012,硕士.
[43]金球林.乳化艉轴油的研究与制备[D].华东理工大学,油气储运工程,2014,硕士.
[44]马松涛.复杂优化问题中小生境粒子群优化算法的改进及研究[D].郑州大学,检测技术与自动化装置,2013,硕士.
[45]王晓辉.高中物理教学中思维培养的研究[D].河北师范大学,教育管理,2012,硕士.
[46]钟敏.我国主要赤眼蜂体内Wolbachia感染的研究[D].中国农业大学,昆虫学,2004,硕士.
[47]魏阁宏.农地流转渠道关系稳定性研究[D].西安建筑科技大学,工程经济与管理,2013,硕士.
[48]马红艳.初中语文课堂环境建设研究[D].华东师范大学,教育学,2013,硕士.
[49]林楠.高压输气管线中典型管件的冲蚀磨损研究[D].北京交通大学,安全技术及工程,2013,硕士.
[50]邵剑峰.有机绝缘介电层在有机光电器件中的应用研究[D].浙江工业大学,光学工程,2012,硕士.