铋基铁电材料的合成与发光性能研究
发布时间：2021-04-04 05:56
近年来,稀土掺杂的铁电材料由于同时具有良好的铁电性能和发光性能而备受人们关注。在众多铁电体中,铋基铁电材料化学稳定性好且声子能量相对较低,因此是一类重要的发光基质。然而以往研究主要关注电学性能,对其发光性能,尤其是光物理潜在应用的研究相对较少。本文主要通过柠檬酸-EDTA法与高温固相反应法合成一系列铋基材料,对其发光性能进行了详细的分析,并探索了其在探温、光热与光开关等方面的潜在应用。主要研究内容分以下5个部分:（1）采用柠檬酸-EDTA法成功合成了系列SrBi4-x-yErxYbyTi4O15上转换纳米颗粒,对其微结构与上转换发光性能进行了表征与分析,研究了可见光区的探温性能,材料展现出较高的探温灵敏度与优异的光热效应。（2）通过柠檬酸-EDTA法制备了系列SrBi3.7-xTmxYb0.3Ti4O15纳米颗粒,表征了其物相结构和微观形貌。研究了材料在近红外区域的探温...
【文章来源】：中国民航大学天津市
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
上转换发光示意图
中国民航大学硕士学位论文4图1-2三价稀土离子4fN组态能级图[18]1.2.2上转换发光机制对于稀土离子上转换发光机理而言，一般来说可以归结为以下五种：激发态吸收、能量传递上转换、光子雪崩过程、合作敏化上转换、能量迁移上转换[19]。(1)激发态吸收激发态吸收过程(Excitedstateabsorption,ESA)，通常发生在单稀土离子掺杂的材料体系内。如图1-3所示，稀土离子基态上的电子从外界吸收能量后，从基态跃迁至中间态。而后电子继续吸收能量，从中间态跃迁至能量更高的激发态上，最后跃迁回基态而发光[20]。从以上过程可以看出，如若离子想要进行ESA上转换发光，那么该离子必须存在稳定的中间态能级，并且较大的吸收截面和较强的激发光功率有利于该过程的进行。另一方面，当稀土离子的掺杂浓度过大时，由于非辐射弛豫和交叉弛豫过程的存在，会导致ESA过程减弱。
中国民航大学硕士学位论文5图1-3激发态吸收过程示意图(2)能量传递上转换与激发态吸收过程有所区别，能量传递上转换(Energytransferupconversion,ETU)通常发生在不同稀土离子掺杂的材料体系内(图1-4)。一般把进行发光的稀土离子称为激活剂，把进行能量吸收和传递的稀土离子称为敏化剂。首先在外界环境的作用下，敏化剂中的电子吸收能量从基态跃迁到激发态，而后电子重新跃迁回基态同时将能量传递给邻近的激活剂离子，最后激活剂离子逐步吸收能量进行上转换发光。由于激活剂和敏化剂的能级差较为接近，因此在声子的辅助作用下可以进行能量传递。并且由于敏化剂离子对光子的吸收截面较大，这就导致ETU过程是一种非常高效的上转换发光过程。图1-4能量传递上转换过程示意图(3)光子雪崩过程光子雪崩过程(Photonavalanche,PA)简单来说是激发态吸收和交叉弛豫共同作用的结果(图1-5)。我们需要明白在此过程中，离子基态能级(E1)和中间态能级(E2)的能级差与激发光光子的能量不符，而中间态能级(E2)和高能量激发态能级(E3)的能级差与激发光光子的能量相符。首先经过激发态吸收过程，E2能级上的电子跃迁到E3能级上。接下来，E3能级上的电子和邻近离子E1能级上的电子经过交叉弛豫过程后，一起跃迁到E2能级上去(E1+E3→E2)。随着能量吸收的进行，E2能级上的电子越来越多，因此得名光子雪崩。而后由于离子对激发光子的吸收截面不会改变，E2能级上的电子会跃迁到E3能级上去，最终辐射回基态发光。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于光致变色效应的BaMgSiO4:Bi3+陶瓷的发光性质调控及信息的可逆写入、擦除和读出研究（英文）[J]. 任友涛,杨正文,王悦辉,李明骏,邱建备,宋志国,余杰,Asad Ullah,Imran Khan. Science China Materials. 2020(04)
本文编号：3117857
【文章来源】：中国民航大学天津市
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
上转换发光示意图
中国民航大学硕士学位论文4图1-2三价稀土离子4fN组态能级图[18]1.2.2上转换发光机制对于稀土离子上转换发光机理而言，一般来说可以归结为以下五种：激发态吸收、能量传递上转换、光子雪崩过程、合作敏化上转换、能量迁移上转换[19]。(1)激发态吸收激发态吸收过程(Excitedstateabsorption,ESA)，通常发生在单稀土离子掺杂的材料体系内。如图1-3所示，稀土离子基态上的电子从外界吸收能量后，从基态跃迁至中间态。而后电子继续吸收能量，从中间态跃迁至能量更高的激发态上，最后跃迁回基态而发光[20]。从以上过程可以看出，如若离子想要进行ESA上转换发光，那么该离子必须存在稳定的中间态能级，并且较大的吸收截面和较强的激发光功率有利于该过程的进行。另一方面，当稀土离子的掺杂浓度过大时，由于非辐射弛豫和交叉弛豫过程的存在，会导致ESA过程减弱。
中国民航大学硕士学位论文5图1-3激发态吸收过程示意图(2)能量传递上转换与激发态吸收过程有所区别，能量传递上转换(Energytransferupconversion,ETU)通常发生在不同稀土离子掺杂的材料体系内(图1-4)。一般把进行发光的稀土离子称为激活剂，把进行能量吸收和传递的稀土离子称为敏化剂。首先在外界环境的作用下，敏化剂中的电子吸收能量从基态跃迁到激发态，而后电子重新跃迁回基态同时将能量传递给邻近的激活剂离子，最后激活剂离子逐步吸收能量进行上转换发光。由于激活剂和敏化剂的能级差较为接近，因此在声子的辅助作用下可以进行能量传递。并且由于敏化剂离子对光子的吸收截面较大，这就导致ETU过程是一种非常高效的上转换发光过程。图1-4能量传递上转换过程示意图(3)光子雪崩过程光子雪崩过程(Photonavalanche,PA)简单来说是激发态吸收和交叉弛豫共同作用的结果(图1-5)。我们需要明白在此过程中，离子基态能级(E1)和中间态能级(E2)的能级差与激发光光子的能量不符，而中间态能级(E2)和高能量激发态能级(E3)的能级差与激发光光子的能量相符。首先经过激发态吸收过程，E2能级上的电子跃迁到E3能级上。接下来，E3能级上的电子和邻近离子E1能级上的电子经过交叉弛豫过程后，一起跃迁到E2能级上去(E1+E3→E2)。随着能量吸收的进行，E2能级上的电子越来越多，因此得名光子雪崩。而后由于离子对激发光子的吸收截面不会改变，E2能级上的电子会跃迁到E3能级上去，最终辐射回基态发光。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于光致变色效应的BaMgSiO4:Bi3+陶瓷的发光性质调控及信息的可逆写入、擦除和读出研究（英文）[J]. 任友涛,杨正文,王悦辉,李明骏,邱建备,宋志国,余杰,Asad Ullah,Imran Khan. Science China Materials. 2020(04)
本文编号：3117857
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