稀土掺杂氟氧化物微晶玻璃的温度传感和闪烁性能研究

发布时间：2020-05-20 21:18

【摘要】：氟氧化物微晶玻璃通常是通过特定组分氟氧化物玻璃的受控结晶而形成,是由氟化物纳米晶体和氧化物玻璃基体构成的新型复合材料。它们结合了来自纳米晶体低的声子能环境和玻璃基质稳定的结构性质的优点。稀土掺杂的氟氧化物微晶玻璃由于其高效的光学性能和稳定的结构特性,在照明、显示、激光器、光纤放大器等领域中展现出巨大的应用价值。近年来,很多研究者将注意力投向了稀土掺杂的氟氧化物微晶玻璃材料,研究它们各方面的性能及应用。而微晶玻璃的温度传感和闪烁性能目前还不能满足正常的生产和生活,需要得到大大的提升。所以,为了进一步提升这两方面的性能,本论文的工作主要是研究稀土掺杂氟氧化物微晶玻璃的温度传感和闪烁性能。研究内容概括如下:1、Tm3+/Yb3+共掺Sr2YF7微晶玻璃的温度传感性能:利用熔融淬冷法制备了Tm3+/Yb3+共掺杂含有Sr2YF7纳米晶的透明微晶玻璃。利用XRD、TEM及一系列的光谱测试手段探究了样品的结构和上转换荧光性能。将前躯体玻璃析晶后,上转换发光得到了增强,出现了明显的Stark劈裂发射,上转换寿命也明显的延长。光谱结果证明,热处理后Tm3+离子进入了声子能更低的Sr2YF7纳米晶中。Tm3+离子的3F2,3和3H4能级由于它们之间合适的能级差(大约为2000 cm-1)而被开发为温度传感的热耦合能级(TCEL),同时其1G4能级上的电子间接地来自3H4能级。所以采用Tm3+离子3F2,3 → 3H6和1G4 → 3F4荧光强度比(FIR)探究了Tm3+掺杂Sr2YF7微晶玻璃的温度传感性能。结果表明,其最大相对灵敏度(SR-max)是1.16%K-1,且绝对灵敏度(SA)随温度上升而增大。本工作表明Tm3+掺杂Sr2YF7微晶玻璃可能是潜在的光学温度传感器。2、Tm3+/Yb3+共掺Sr2GdF7微晶玻璃的温度传感性能:利用熔融淬冷法及热处理工艺制备了 Tm3+/Yb3+共掺杂Sr2GdF7微晶玻璃,并且通过一系列测试手段探究了样品的结构和光学性能。微晶玻璃中极大增强的上转换发光、明显的Stark劈裂发射和延长的上转换寿命,皆证明结晶处理后Tm3+离子进入了低声子能的Sr2GdF7纳米晶中。基于Tm3+离子3F3 → 3H6和1G4 → 3F4 FIR,探究了Tm3+掺杂Sr2GdF7微晶玻璃的温度传感性能。这个体系中的SR-max在353 K时可以达到1.97%K-1,从而进一步提升了微晶玻璃的温度传感性能。我们的研究结果表明Tm3+掺杂Sr2GdF7微晶玻璃是一个有前景的光学温度传感器。3、Tb3+掺杂Na5Gd9F32透明微晶玻璃的闪烁性能:本工作报道一种采用熔融淬冷法制备的Tb3+掺杂Na5Gd9F32大体积透明微晶玻璃闪烁体材料。利用XRD、TEM、透射光谱、光致(PL)激发和发射光谱、寿命测试及X-射线激发的光谱(XEL)等一系列手段探究了样品的结构和光学性能。光谱结果表明前躯体玻璃和微晶玻璃中Tb3+离子的最佳掺杂浓度都是4%mol。前驱体玻璃样品的XEL强度是相同厚度的商用Bi4Ge3014(BGO)闪烁体的64%。由于结晶后Tb3+离子进入了低声子能的Na5Gd9F32纳米晶中,Tb3+的PL和XEL强度都明显增强。微晶玻璃样品的荧光内量子效率达到43%,并且其XEL强度是商用BGO闪烁体的130%。本工作的结果表明这种Tb3+激活的Na5Gd9F32微晶玻璃可能是大体积、低成本的高效闪烁体。4、Tb3+掺杂Sr2GdF7透明微晶玻璃的闪烁性能:本工作通过优化基质组分和实验过程,得到了透过率、光学性能更佳的微晶玻璃闪烁体。利用熔融淬冷法制备了 Tb3+掺杂Sr2GdF-7透明微晶玻璃,利用一系列测试手段探究了样品的结构和光学性能。3 mm厚的GC4样品在可见光区域保持着较高的透光率(550 nm处为64%)。GC4样品的PL和XEL强度分别是PG4的3.5和1.6倍,这可能是由于结晶后Tb3+进入了Sr2GdF7纳米晶中。并且,GC4样品的荧光内和外量子效率分别达到59.1和26.4%。令人惊喜的是,PG4(高透明)和GC4(半透明)样品的XEL积分强度分别是商用BGO闪烁体的124%和197%。这类有着低成本、高荧光效率和强XEL的Sr2GdF7:Tb3+微晶玻璃可以作为X-射线闪烁体用于慢速事件探测领域。
【图文】：

行适当的热处理，几十纳米大小的纳米晶体就能均勾地分布在玻璃中，如图ｌ（ｂ）［Ｉ５］。逡逑这不仅可以保留玻璃基质优良的结构特性，还能有效地提高玻璃的光学性能［５，７＿９］。如逡逑图１．１孙微晶玻璃依然能够保持较高的透明性。逡逑Ｉ％逡逑＃粒恚恚]3?图１．１⑻Ｅｒ３＋掺杂的微晶玻璃图片；（ｂ）对应的透射电子显微图片逡逑１．２．２稀土离子掺杂的氟氧化物微晶玻璃逡逑镧系元素是指元素周期表中从镧（Ｌａ）到镥（Ｌｕ）的１５个元素［１６］。而１５个镧逡逑系元素加上同族的钪（Ｓｃ）和钇（Ｙ）共１７个元素统称为稀土元素（ＲＥ）。镧系原子逡逑的电子组态有［Ｘｅ］邋４ｆ６ｓ２与［Ｘｅ］邋Ａｒｂｄｉｓ２两种形式，ｒｉ为１￣１４。三价镧系离子的电逡逑２逡逑

１．３．２光致发光的过程逡逑发光的过程很复杂，这里主要介绍一下光致发光的过程。光致发光就是物质被光逡逑激发后产生的发光，，光源波长可以在紫外、可见及红外［３］。图１．２（ａ）为固体材料光致逡逑发光过程的的示意图。首先，光照射在材料上，一部分被反射和散射掉，另一部分则逡逑进入到材料内部。进入材料的光除去透过的部分，其余的都被材料吸收，吸收的光会逡逑使材料中的发光中心（Ａ）进入到激发态。其次，处于激发态的发光中心会通过光发逡逑射及产热的方式回到基态，能量以光的形式发射出来就是发光过程。有时为了增加发逡逑光中心对光的吸收，常常需要加入一些敏化剂（Ｓ），而敏化剂和发光中心之间往往存逡逑在着能量传递过程，如图１．２（ｂ）。进入材料内部的光很少直接被激活剂（Ａ）吸收，逡逑而是被Ｓ吸收，Ｓ吸收能量进入激发态，再将能量传递给Ａ使其处于激发态，处于激逡逑发态的Ａ辐射跃迁回基态
【学位授予单位】：浙江师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ171.733

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 刘金彩;;装饰微晶玻璃板材的应用及其产业发展[J];上海建材;2017年06期

2 周虹伶;冯可芹;陈长鸿;石欢;王海波;;碳酸钙对缓冷高钛高炉渣制备泡沫微晶玻璃的影响[J];材料导报;2016年22期

3 刘敬肖;单正杰;王承遇;史非;汤华娟;;仿软玉的微晶玻璃[J];玻璃与搪瓷;2017年03期

4 汪振双;苏昊林;周梅;;CaO-Al_2O_3-SiO_2系粉煤灰微晶玻璃的制备及其性能[J];材料热处理学报;2016年01期

5 韩复兴;;浅谈压延微晶玻璃的出路[J];佛山陶瓷;2016年05期

6 朱东梅;;深度洗牌 微晶玻璃盼行业创新[J];现代家电;2015年02期

7 侯英键;谢小妍;陆金驰;聂泽斌;;粉煤灰微晶玻璃研究进展[J];广东化工;2015年12期

8 郭英奎;李梦萱;范国峰;白晓杰;;氟氧微晶玻璃的研究进展[J];哈尔滨理工大学学报;2015年03期

9 朱东梅;;2013年微晶玻璃市场回顾与展望[J];现代家电;2014年07期

10 张雷;戚凭;;Yb:YAG微晶玻璃的制备与光谱特性[J];青岛大学学报(自然科学版);2013年04期

相关会议论文 前10条

1 李红;苟立;冉均国;;以钙云母为主相微晶玻璃的可切削性评价[A];第十一届全国高技术陶瓷学术年会论文集[C];2000年

2 范仕刚;余明清;赵春霞;刘杰;陈广乐;何粲;张联盟;;被动调Q用微晶玻璃的光学性能研究[A];第十五届全国高技术陶瓷学术年会摘要集[C];2008年

3 任强;李刚;蔺华妮;左飞;;陶瓷-陶瓷粘接用微晶玻璃材料的研究[A];第十五届全国高技术陶瓷学术年会摘要集[C];2008年

4 肖卓豪;王韫之;刘艳;;高热膨胀Na_2O-MgO-Al_2O_3-SiO_2微晶玻璃的制备及性能研究[A];第十八届全国高技术陶瓷学术年会摘要集[C];2014年

5 刘树江;;新型透明微晶玻璃的“自结晶”行为研究[A];2015年全国玻璃科学技术年会论文专集[C];2015年

6 李晓明;刘春刚;李嘉洋;;利用工业废弃物工业化生产微晶玻璃建材的技术介绍[A];电子玻璃技术（2010年第1、2期）[C];2010年

7 林妙玲;赵丽娟;兰子鉴;常丽芬;余华;;氟氧化物微晶玻璃散射效率的研究[A];第十七届全国光散射学术会议摘要文集[C];2013年

8 陈敏;李家治;王承遇;李长敏;;离子注入对超导微晶玻璃表面结构的影响[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年

9 郑伟宏;程金树;汤李缨;;热处理制度对高强微晶玻璃结构和性能的影响[A];中国硅酸盐学会2003年学术年会玻璃论文集[C];2003年

10 郑伟宏;程金树;汤李缨;;热处理制度对高强微晶玻璃结构和性能的影响[A];中国硅酸盐学会2003年学术年会论文摘要集[C];2003年

相关重要报纸文章 前10条

1 本报记者 黄莹;利用冶金热熔渣生产高性能微晶玻璃的未来可期[N];中国建材报;2018年

2 罗晔;利用钢铁炉渣制备微晶玻璃及其性能评价[N];世界金属导报;2018年

3 本报记者 刘艾瑛;技术革命，尾矿利用不再是低端产业[N];中国矿业报;2017年

4 本报记者 罗向明 王飞 游飞;看矿石废料如何变微晶玻璃[N];四川日报;2017年

5 徐美君;微晶玻璃应用前景探秘[N];中国建材报;2013年

6 高阳;微晶玻璃装饰板市场前景广阔[N];中华建筑报;2001年

7 牛晓　刘卫军;中国企业新纪录发布(第十四批)重大信息[N];经理日报;2009年

8 记者王翌;2009年铸石工作会议在京召开[N];中国建材报;2009年

9 王成　纪周;“低碳”经济浪潮中晶牛集团与蓝天共舞[N];中国贸易报;2009年

10 通讯员 伍思成;攻克难关开发绿色建材[N];中国房地产报;2003年

相关博士学位论文 前10条

1 赵志永;氧氟微晶玻璃中稀土离子分布调控及近—中红外发光性能研究[D];武汉理工大学;2017年

2 白杨;高透性齿科二硅酸锂微晶玻璃的设计与开发[D];中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所);2017年

3 刘银;掺Er~(3+)氟氧化物微晶玻璃析晶和中红外发光特性研究[D];华南理工大学;2017年

4 范文迪;垃圾焚烧飞灰微晶玻璃化及Cr固化机理[D];北京科技大学;2018年

5 任海深;B_2O_3-La_2O_3-MgO-TiO_2微晶玻璃基低温共烧陶瓷研究[D];中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所);2018年

6 刘红盼;自然冷却黄磷炉渣制备微晶玻璃过程调控及元素行为研究[D];昆明理工大学;2017年

7 王静;MgO-Al_2O_3-SiO_2透明微晶玻璃结构与性能的研究[D];武汉理工大学;2013年

8 刘晓秋;新型牙科微晶玻璃材料的初步研制[D];吉林大学;2004年

9 陈伟民;氟硅酸盐微晶玻璃的研究[D];华南理工大学;1997年

10 乔旭升;镧系掺杂碱土氟硅酸盐透明发光微晶玻璃的制备与性能研究[D];浙江大学;2007年

相关硕士学位论文 前10条

1 陈尾平;稀土掺杂氟氧化物微晶玻璃的温度传感和闪烁性能研究[D];浙江师范大学;2018年

2 魏述燕;利用北京地区铁尾矿制备泡沫微晶玻璃的工艺及其性能研究[D];北京交通大学;2018年

3 赵芳金;铁氧化物对尾矿微晶玻璃析晶行为的影响[D];辽宁科技大学;2018年

4 高洋;熔融态高炉渣制备微晶玻璃过程中的分相动力学[D];华北理工大学;2018年

5 李赛;Ba_2LaF_7微晶玻璃上转换发光性质及热敏性能的研究[D];昆明理工大学;2018年

6 郝应心;Er~(3+)掺杂玻璃和微晶玻璃的温度传感研究[D];华南理工大学;2018年

7 张巍;碳纤维增强低膨胀LAS微晶玻璃的制备和性能研究[D];哈尔滨工业大学;2018年

8 方健;微晶玻璃连接多孔/致密Si_3N_4陶瓷的工艺及机理研究[D];哈尔滨工业大学;2018年

9 崔梦豪;La_2O_3-B_2O_3微晶玻璃/BNT高K值LTCC材料的制备与性能研究[D];国防科学技术大学;2016年

10 朱海洋;介质浆料用CaO-B_2O_3-SiO_2微晶玻璃的制备及界面相容性[D];南京航空航天大学;2018年

本文编号：2673213