Er3+掺杂的氟氧化物微晶玻璃的制备、上转换荧光与温度传感的研究

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Er3+离子掺杂的发光材料在光通信、照明、荧光显示、上转换、量子剪裁、生物荧光标记、光纤放大器等领域存在潜在的应用价值,长期以来一直受到广泛的关注。透明氟氧化物微晶玻璃作为一种新型的纳米复合发光材料,在具有氟化物晶体低声子能特点的同时,还具有了氧化物玻璃良好的机械、化学和热稳定性的优点,成为人们广泛研究的、最有潜力的上转换基质材料。因此,对新型Er3+离子掺杂的氟氧化物透明微晶玻璃的制备及其上转换荧光特性的研究便成为当前重要的一项课题。本论文课题工作中的主要研究内容如下:  1、Er3+掺杂的含有NaYbF4纳米晶的氟氧化物微晶玻璃:通过熔融淬冷法和进一步的结晶化处理,制备了Er3+离子掺杂的含有NaYbF4纳米晶的微晶玻璃,这种微晶玻璃是良好的上转换材料。在980nm的近红外光激发下,微晶玻璃GC样品中Er3+离子的上转换发光强度明显强于前驱体玻璃PG中的上转换发光强度,这主要是因为析晶后Er3+离子进入到NaYbF4纳米晶中,而该晶体的声子能较低,降低了Er3+离子的无辐射跃迁几率。研究结果预示着,我们所制备的透明NaYbF4微晶玻璃将在透明的上转换光功能材料领域发挥一定的作用。  2、Er3+掺杂的含有Na5Gd9F32纳米晶的氟氧化物微晶玻璃:通过熔融淬冷法和进一步的结晶化处理,首次成功制备出了高透明度的Er3+掺杂Na5Gd9F32微晶玻璃。随着热处理温度的升高,Na5Gd9F32纳米晶的晶相并没有发生变化,这说明该种微晶玻璃具有良好热稳定性。上转换光谱中明显的Stark劈裂、上转换发射强度的显著增强(红光发射增强1300倍,绿光发射增强1000倍),寿命曲线中荧光寿命的变长以及变长的上升沿时间,均揭示了Er3+离子以较短的Er3+-Er3+距离优先富集到低声子能的Na5Gd9F32纳米晶中。对于上转换机制,PG样品中,激发态吸收(ESA)上转换过程占主导地位;GC样品中,能量传递(ET)上转换过程占主导地位。研究表明热稳定好的Na5Gd9F32微晶玻璃在透明光功能材料领域将有潜在的应用价值。  3、Er3+掺杂的含Sr2YbF7纳米晶的透明氟氧化物微晶玻璃:通过熔融淬冷法和进一步的结晶化处理,首次成功制备出了高透明度的、含有纯相的四方晶系的Sr2YbF7纳米晶的微晶玻璃。利用上转换光谱,结合寿命曲线,对样品的上转换发光特点及其实现方式进行分析和讨论;其微观结构和透过率则是通过XRD、TEM及透射光谱测试手段表征的。在980nm的近红外光激发下,样品呈现出了Er3+离子良好的上转换发光。利用荧光强度分支比(FIR)技术对Er3+离子的荧光特性与温度的依赖关系做了研究。研究发现,该Sr2YbF7∶Er3+透明微晶玻璃具有较大的热耦合能级差,且具有很好的温度敏感特性。研究结果表明Sr2YbF7∶Er3+透明微晶玻璃不仅是一种优异的上转换基质材料,而且在光温度传感技术领域具有潜在的应用前景。
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