Ag或Bi掺杂玻璃可调节宽带发光性能与机理研究

发布时间：2018-04-14 19:42

本文选题：发光玻璃 + 宽带　；参考：《华南理工大学》2016年博士论文

【摘要】：透明发光玻璃作为一种重要的光功能材料,在显示、照明、闪烁体、激光器等领域有着重要的应用前景。而此类光功能应用主要依赖于玻璃介质中激活中心的发光特性,目前大多数都集中在稀土或过渡金属离子的发光。然而由于这些传统激活离子其自身存在难以克服的本征因素,如稀土离子激发/发射峰较窄、峰位固定不易调节、过渡金属离子在某些介质中发光不够强等,这在一定程度上制约着掺稀土或过渡金属离子发光玻璃的发展。因此,探索高效宽带可调节激发/发射的荧光玻璃以更好地适应多功能发光材料的需求显得十分重要。本论文以近几年来倍受青睐的新型发光体—金属Ag或Bi种类为激活中心,制备了一系列具有优异宽带可调节激发/发射的玻璃,通过控制玻璃中Ag(Ag~+/Ag纳米团簇/Ag纳米颗粒)或Bi(Bi~(3+)/Bi~0)的不同发光中心来调控它们自身可见到近红外区的超宽带荧光发射。并且系统地研究了Ag或Bi不同种类对稀土及过渡金属离子发光的增强作用。利用多种表征手段对所制备玻璃的宽带发光性能进行了详细地分析,并给出了机理解释。论文共分为六章,第一章阐述了金属Ag或Bi不同种类的发光特点以及Ag或Bi掺杂发光材料的研究进展,在此基础上提出了本论文的研究内容。第二至五章详细地研究了Ag或Bi单掺玻璃和与过渡金属离子、稀土离子共掺玻璃的可调节宽带发光性能及发光中心之间的作用机理。第六章为论文结论。具体研究内容和结果包括以下几个方面:(1)在氩气气氛保护下,通过熔融淬冷法制备了含Ag~+、Ag纳米团簇和Mn~(2+)的硼酸锌氟氧化物玻璃。利用TEM、吸收光谱、稳态和时间分辨光谱及荧光寿命等测试手段对玻璃的结构和发光特性进行了研究。基于Ag纳米团簇尺寸和分布的多样性,单掺Ag样品呈现出优异的宽带可调节激发/发射特点。而当引入Mn~(2+)后,样品的发射带有效地延伸到整个可见光区域(400-750 nm),获得了色坐标为(X=0.337,Y=0.375)的白光发射,且整体发光强度增强约13倍,量子效率为24.9%。实验数据表明在共掺样品中不仅存在Ag~+和Ag纳米团簇?Mn~(2+)高效的双模能量传递。与此同时,加入Mn~(2+)可以极大地促进Ag纳米团簇的形成。对于上述作用过程,我们给出了详细的光谱分析及机理解释。(2)采用熔融淬冷法制备了Bi~(3+)/Mn~(2+)共掺硼硅酸盐玻璃,通过吸收光谱、室温激发和发射光谱,荧光寿命曲线以及高温发射光谱(300-573 K)系统地评估了玻璃样品的发光性能和热稳定性。在紫外光激发下,由于存在Bi~(3+)?Mn~(2+)有效能量传递,共掺样品呈现增强的可调谐宽带发射,发光颜色从蓝光(X=0.215,Y=0.221)连续调节到橘红光(X=0.430,Y=0.337)区域。适当调节Mn~(2+)掺杂浓度,可获得优异白光发射(X=0.325,Y=0.295)。此外,对于单掺Bi~(3+)样品,其在高温423 K温度下仍热可保持室温强度的72.3%,显示出良好的热稳定性。而共掺样品的热稳定性较前者则变差。我们对其中的能量传递机理和发光热猝灭机理进行了详细地探讨。(3)设计合成了具有高效紫外(340-380 nm)吸收的Bi~(3+)/Eu~(3+)共掺锗硼酸盐白光玻璃。利用吸收光谱、激发和发射光谱,荧光衰减曲线以及298-573 K高温发射光谱等表征手段研究了玻璃样品的室温发光特性和热猝灭效应。通过改变Eu~(3+)离子掺杂浓度(0-7%),样品的发光可以从蓝绿光(X=0.239,Y=0.294)连续调控到红光(X=0.562,Y=0.371)区域,归因于Bi~(3+)?Eu~(3+)高效的能量传递。在345 nm激发下,共掺样品显示良好的白光发射,对应其CIE色坐标为(X=0.356,Y=0.325)。值得关注的是,该白光玻璃在423K高温下依然可以保持发光颜色的稳定性,表明Bi~(3+)/Eu~(3+)共掺锗硼酸盐玻璃在高功率白光LED中具有潜在的应用价值。(4)通过在锗硼酸盐基质中掺杂高浓度的Bi_2O_3,实现了同一基质中可见—近红外的多功能超宽带发射。利用吸收光谱、室温及低温光致激发/发射光谱、荧光衰减曲线和TEM等表征手段对样品的发光特性及发光中心归属进行了深入地探究。在350nm、470 nm或808 nm LD光源激发下,样品可分别呈现位于400-750 nm的可见宽带发射和位于1100-1600 nm范围内、半高宽约为290 nm的近红外发射,前者归因于Bi~(3+)的3P1/3P0?1S0跃迁,而后者与Bi~0团簇的形成有关。并且改变Bi_2O_3掺杂浓度可以对其超宽带发光进行有效地调控。由于该玻璃的宽带发射恰好覆盖了可见光照明区域和光通讯第二光学窗口,因此在白光LED照明和光纤放大领域有着潜在应用前景。
[Abstract]:In this paper , the luminescence properties of Ag or Bi doped with rare earth or transition metal ions have been studied in detail . The results of this paper are as follows : ( 1 ) The results of this paper are as follows : ( 1 ) In this paper , the research progress of rare earth or transition metal ions is studied . ( 2 ) Bi ~ ( 3 + ) / Mn ~ ( 2 + ) co - doped borosilicate glass was prepared by melt quenching . The luminescence properties and thermal stability of glass samples were systematically assessed by absorption spectrum , room temperature excitation , emission spectrum , fluorescence lifetime curve and high temperature emission spectrum ( 300 - 573 K ) . The luminescence characteristics and thermal quenching effects of Bi ~ ( 3 + ) / Eu ~ ( 3 + ) doped with high - efficiency ultraviolet ( 340 - 380 nm ) were studied . It is worth paying attention that the white glass can keep the stability of luminescent color at high temperature of 423K . It shows that Bi ~ ( 3 + ) / Eu ~ ( 3 + ) co - doped germanate glass has potential application value in high power white light LED .

【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ171.1

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