几种氧化物上转换材料的合成及其光谱性能研究
发布时间：2021-06-11 14:42
氧化物体系上转换发光材料因为其优异的热稳定性和良好的发光性能,在生物医学成像,防伪识别以及温度传感等领域有巨大的应用前景。目前氧化物体系上转换发光材料主要通过固相法、高温热解法和溶液燃烧法制备得到。这些方法制备过程简单,反应迅速,但是缺点在于样品形貌不易调控,粒径较大,不适用于一些特殊领域。因此本文选取了声子能量相对较低的几种氧化物晶体:Gd2O3、La2Te4O11、Gd2TeO6作为基质材料,在溶液（或液相辅助）条件下制备了稀土Yb3+/Er3+/Ho3+、Yb3+/Er3+离子共掺杂的上转换发光材料。研究了制备条件对产物结构和形貌的影响,优化了稀土离子掺杂浓度,并对稀土离子间能量传递过程进行了细致分析,具体研究内容与获得的主要结果如下:（1）溶液（或液相辅助）条件下的材料制备。（1）采用共沉淀法制备得到了Gd2...
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
上转换材料构成及发光示意图
西南大学硕士学位论文6图1.2发光强度比测温原理图Fig1.2Opticaltemperaturesensorscalibratedbyfluorescenceintensityratio发光强度比（FluorescenceIntensityRatio，FIR）技术是一项用于分析上转换发光材料在温度传感领域应用价值的重要指标。FIR测温模式是基于两个能量差较小的热耦合能级发光发射强度受温度影响而实现温度检测，上转换材料的温敏测试原理如图1.2所示。通过对比分析，相邻两间隙较小（200~2000cm-1）的能级，可以近似看作热耦合能级对。当收到一定波长光的激发时，基态能级的离子受到激发后跃迁到热耦合能级对的任一能级后，在热能作用下布居离子数在两能级间迅速重新分配。在热平衡状态下布居在两能级的离子数满足玻尔兹曼统计分布规律，可以通过进一步分析发射强度与发射能级上的离子数之间的关系，通过数学函数拟合得到发光强度比和温度的关系[37]：exp()HSBIEFIRCIkT（1-1）其中IH和IS表示2H11/2和4S3/2能级发射的积分强度值，根据上转换发光光谱积分得到。kB：玻尔兹曼常数，E：相邻两能级之间的能量差，T：测试温度。作为固定的稀土上转换发光材料，C和E可视为常数，因此可以通过测试发光强度比FIR，再经过数学函数拟合获得对应的测试温度。灵敏度（Sensitivity）是衡量传感器性能的重要指标，反应了传感器输出量随输入量的单位变化量。一般情况下，灵敏度越大则传感器的测量误差越校对于发光温度传感器，绝对灵敏度S可以表示为单位温度变化引起FIR的改变量，即FIR对温度的导数[38]：2dFIRESFIRdTKT（1-2）
第1章绪论7另外，相对灵敏度也是衡量温度敏感特性的一个标准[39]：21rdFIRESFIRdTKT（1-3）对比不同上转换发光材料之间的灵敏度时，Sr往往比S更为客观。1.3稀土上转换发光机理上转换发光过程大致可分为如下几种基本形式：激发态吸收上转换（ExcitedStateAbsorption,ESA），能量传递上转换（EnergyTransferUpconversion,ETU），光子雪崩（PhotoAdvalance,PA）和能量迁移上转换（EnergyMigrationUpconversion,EMU）[40,41]。1.3.1激发态吸收（ESA）激发态吸收主要表现为单个离子对泵浦光子的连续吸收，主要是指同一个离子从基态能级经过连续双光子或多光子吸收布居到能量较高的激发态能级的过程，如图（1.3）所示。首先，基态能级G上的激活剂离子吸收一个泵浦光子跃迁到亚稳态E1能级。然后若激发态能级E1和E2间的能量差与泵浦光子的能量相匹配，那么激发态能级E1的稀土离子会吸收这个光子，从而跃迁到E2能级。最后该光子会从激发态能级E2跃迁到基态能级G，同时发出一个具有更高能量的光子。值得注意的是，若满足能量匹配，能级E2上的该离子也可跃迁至更高的激发态能级而形成三光子、四光子上转换吸收。图1.3激发态吸收上转换Fig1.3Excitedstateabsorptionupconversion
【参考文献】：
期刊论文
[1]Ultra-high sensitivity of rhodamine B sensing based on NaGdF4:Yb3+,Er3+@NaGdF4 core-shell upconversion nanoparticles[J]. Hanping Xiong,Qiuhong Min,Hongqing Ma,Lei Zhao,Wenbo Chen,Jianbei Qiu,Xue Yu,Xuhui Xu. Journal of Rare Earths. 2019(04)
本文编号：3224733
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
上转换材料构成及发光示意图
西南大学硕士学位论文6图1.2发光强度比测温原理图Fig1.2Opticaltemperaturesensorscalibratedbyfluorescenceintensityratio发光强度比（FluorescenceIntensityRatio，FIR）技术是一项用于分析上转换发光材料在温度传感领域应用价值的重要指标。FIR测温模式是基于两个能量差较小的热耦合能级发光发射强度受温度影响而实现温度检测，上转换材料的温敏测试原理如图1.2所示。通过对比分析，相邻两间隙较小（200~2000cm-1）的能级，可以近似看作热耦合能级对。当收到一定波长光的激发时，基态能级的离子受到激发后跃迁到热耦合能级对的任一能级后，在热能作用下布居离子数在两能级间迅速重新分配。在热平衡状态下布居在两能级的离子数满足玻尔兹曼统计分布规律，可以通过进一步分析发射强度与发射能级上的离子数之间的关系，通过数学函数拟合得到发光强度比和温度的关系[37]：exp()HSBIEFIRCIkT（1-1）其中IH和IS表示2H11/2和4S3/2能级发射的积分强度值，根据上转换发光光谱积分得到。kB：玻尔兹曼常数，E：相邻两能级之间的能量差，T：测试温度。作为固定的稀土上转换发光材料，C和E可视为常数，因此可以通过测试发光强度比FIR，再经过数学函数拟合获得对应的测试温度。灵敏度（Sensitivity）是衡量传感器性能的重要指标，反应了传感器输出量随输入量的单位变化量。一般情况下，灵敏度越大则传感器的测量误差越校对于发光温度传感器，绝对灵敏度S可以表示为单位温度变化引起FIR的改变量，即FIR对温度的导数[38]：2dFIRESFIRdTKT（1-2）
第1章绪论7另外，相对灵敏度也是衡量温度敏感特性的一个标准[39]：21rdFIRESFIRdTKT（1-3）对比不同上转换发光材料之间的灵敏度时，Sr往往比S更为客观。1.3稀土上转换发光机理上转换发光过程大致可分为如下几种基本形式：激发态吸收上转换（ExcitedStateAbsorption,ESA），能量传递上转换（EnergyTransferUpconversion,ETU），光子雪崩（PhotoAdvalance,PA）和能量迁移上转换（EnergyMigrationUpconversion,EMU）[40,41]。1.3.1激发态吸收（ESA）激发态吸收主要表现为单个离子对泵浦光子的连续吸收，主要是指同一个离子从基态能级经过连续双光子或多光子吸收布居到能量较高的激发态能级的过程，如图（1.3）所示。首先，基态能级G上的激活剂离子吸收一个泵浦光子跃迁到亚稳态E1能级。然后若激发态能级E1和E2间的能量差与泵浦光子的能量相匹配，那么激发态能级E1的稀土离子会吸收这个光子，从而跃迁到E2能级。最后该光子会从激发态能级E2跃迁到基态能级G，同时发出一个具有更高能量的光子。值得注意的是，若满足能量匹配，能级E2上的该离子也可跃迁至更高的激发态能级而形成三光子、四光子上转换吸收。图1.3激发态吸收上转换Fig1.3Excitedstateabsorptionupconversion
【参考文献】：
期刊论文
[1]Ultra-high sensitivity of rhodamine B sensing based on NaGdF4:Yb3+,Er3+@NaGdF4 core-shell upconversion nanoparticles[J]. Hanping Xiong,Qiuhong Min,Hongqing Ma,Lei Zhao,Wenbo Chen,Jianbei Qiu,Xue Yu,Xuhui Xu. Journal of Rare Earths. 2019(04)
本文编号：3224733
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