【摘 要】
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稀土掺杂发光材料一直是发光领域研究的热点,被广泛应用于白光LED、温度传感、显示显像、新能源和激光等领域。基质材料对于稀土离子发光特性有非常重要的影响,在众多发光基质材料中,硼酸盐具有透光范围宽、光学损伤阈值高、较好的热稳定性和化学稳定性等优点。碱土-稀土金属硼酸盐是一种优质的发光基质材料,在Sr3Re2(BO3)4体系中Sr原子在共价基质中具有多种配位,可为掺杂离子提供丰富的配位环境,进而可实现
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稀土掺杂发光材料一直是发光领域研究的热点,被广泛应用于白光LED、温度传感、显示显像、新能源和激光等领域。基质材料对于稀土离子发光特性有非常重要的影响,在众多发光基质材料中,硼酸盐具有透光范围宽、光学损伤阈值高、较好的热稳定性和化学稳定性等优点。碱土-稀土金属硼酸盐是一种优质的发光基质材料,在Sr3Re2(BO3)4体系中Sr原子在共价基质中具有多种配位,可为掺杂离子提供丰富的配位环境,进而可实现对掺杂离子的调控。本文以Sr3La2(BO3)4和Sr3Y2(BO3)4为基质,探究掺杂离子Eu3+和Dy3+的发光机制,研究发光离子与基质晶场之间的能量传递过程,并对其温度传感特性进行了研究,为探索优异的光学温度传感材料和提升测温灵敏度策略提供一些思路。本文工作主要包含以下三方面内容:(1)利用高温固相法制备了Sr3La2(BO3)4:Eu3+荧光粉。XRD结果表明,少量的Eu3+离子掺杂,并没有改变基质Sr3La2(BO3)4的晶格结构,说明Eu3+离子成功掺入Sr3La2(BO3)4晶格中。SEM结果显示,样品由尺寸较大的晶粒组成,晶粒形状不规则,平均晶粒尺寸为2-4μm。荧光光谱结果表明,在5%、10%、15%以及20%四种掺杂浓度下,Eu3+离子浓度为15%时发光强度最大,存在较高的猝灭浓度。在323 K-563 K温度范围,基于荧光强度比技术,利用Eu3+离子的一对热耦合能级~5D0和~5D1,选择~5D1→~7F2(553 nm)和~5D0→~7F2(613 nm)的发光峰,研究Sr3La2(BO3)4:15%Eu3+荧光粉的温度传感特性,在483 K时达到最大绝对灵敏度Sa=7.123×10-3 K-1。(2)利用高温固相法制备了Sr3Y2(BO3)4:Eu3+荧光粉。XRD结果表明,少量的Eu3+离子掺杂,并没有改变基质Sr3Y2(BO3)4的晶格结构,说明Eu3+离子成功掺入Sr3Y2(BO3)4晶格中。SEM结果显示,样品由尺寸较大的晶粒组成,晶粒形状不规则,平均晶粒尺寸为2-4μm。荧光光谱结果表明,在5%、10%以及15%三种浓度下,Eu3+离子浓度为10%时发光强度最大,存在浓度猝灭。在323 K-563 K温度范围,基于荧光强度比技术,利用Eu3+离子的一对热耦合能级~5D0和~5D1,选择~5D1→~7F2(553 nm)和~5D0→~7F2(613 nm)的发光峰,研究了Sr3Y2(BO3)4:10%Eu3+荧光粉的温度传感特性,483 K时达到最大绝对灵敏度Sa=6.716×10-3 K-1。与Sr3La2(BO3)4体系相比,Eu3+在Sr3Y2(BO3)4体系的猝灭浓度降低,虽然灵敏度有所降低,但发光强度增强。其原因可能是Y3+和Eu3+离子半径之间的差异低于La3+和Eu3+,增加了离子间的能量传递,降低了猝灭浓度,降低了晶场的对称性,增强了发光强度。(3)利用高温固相法制备了Sr3Y2(BO3)4:Eu3+/Dy3+荧光粉。讨论了掺杂离子浓度和Eu3+/Dy3+比例对产物结构和发光特性的影响。XRD结果表明,少量的Eu3+离子和Dy3+离子掺杂,并没有改变基质Sr3Y2(BO3)4的晶格结构,说明Eu3+离子和Dy3+离子成功掺入Sr3Y2(BO3)4晶格中。SEM结果显示,样品由尺寸较大的晶粒组成,晶粒形状不规则,平均晶粒尺寸为2-4μm。Eu3+/Dy3+比例分别为3:7,5:5,7:3,10:1,10:3,10:5,荧光光谱结果表明,引入Dy3+离子后,Eu3+离子的特征发光峰强度明显降低,说明Dy3+离子对Eu3+离子的~5D0→~7F1,2,3,4跃迁有抑制作用。在323 K-563 K温度范围内,基于荧光强度比技术,利用Eu3+离子和Dy3+离子的一对非热耦合能级,选择~5D0→~7F2(613 nm)和~4F9/2→~6H13/2(578 nm),研究Sr3Y2(BO3)4:5%Eu3+/5%Dy3+荧光粉的温度传感特性,结果表明在563 K时达到最大绝对灵敏度Sa=1.22×10-2 K-1。相对于Sr3Y2(BO3)4:Eu3+荧光粉,Sr3Y2(BO3)4:Eu3+/Dy3+荧光粉的相对灵敏度有明显提高。这是由于热耦合能级的能极差ΔE<2000 cm-1,限制了测温灵敏度的进一步提高,利用非热耦合能级,克服了能极差的限制,提高了灵敏度。
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