稀土掺杂硅酸盐玻璃发光性能的研究

发布时间：2017-05-18 14:19

  本文关键词：稀土掺杂硅酸盐玻璃发光性能的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：利用稀土掺杂制备发光材料是稀土研究中的重要内容,稀土离子具有多能级特性,在激发光源的激发下可以产生下转换和上转换发光。在制备稀土发光材料过程中需要为稀土离子寻找合适的基质材料,以往的研究多数集中在低声子能量的基质中,如氟氧玻璃、玻璃陶瓷、微晶材料等,而在高声子能量的硅酸盐玻璃中研究较少。为制备无色透明的发光玻璃样品,本文采用传统高温固相法制备了掺杂不同类型稀土离子的超白硅酸盐玻璃,其中将Ce3+、Tb3+、Sm3+、Dy3+掺杂到玻璃中制备出具有下转换光致发光功能的玻璃样品,上转换玻璃样品掺杂了Yb3+、Tm3+、Er3+、Ho3+、Pr3+五种稀土离子。采用荧光光谱仪对玻璃样品的发光性能进行了表征。下转换单掺杂样品的荧光光谱表明稀土离子Ce3+、Tb3+、Sm3+、Dy3+均能够利用紫外光通过下转换作用发射出可见光,具备良好的发光性能；Ce3+和Tb3+、Sm3+和Dy3+双掺杂的玻璃样品的荧光光谱测试表明双掺杂的玻璃样品分别在激发光作用下发射出可见光,并且通过分析发现样品中存在Ce3+→Tb3+的无辐射能量转移和辐射再吸收能量传递以及Dy3+→Sm3+的能量转移过程,稀土双掺杂玻璃也具有较好的下转换发光性能。将样品用作太阳能电池片玻璃盖板,通过测试其对电池片光电转换效率的影响,证明了所制备的下转换样品具备良好的发光性能。在980nmLD泵浦下测试了上转换玻璃样品上转换发光性能,单掺杂的上转换玻璃样品除Yb3+掺杂外,其他样品在980nmLD泵浦下均不具备上转换荧光性能；Yb3+、Tm3+双掺杂玻璃样品能够在980nmLD泵浦下发射出477nm的强峰、654nm和975nm的弱峰,并通过提高玻璃样品中Yb3+的含量能够增加这三个发射峰的强度；实验中还研究了Yb3+、Tm3+上转换过程中荧光强度和泵浦功率之间的关系。通过在硅酸盐玻璃中引入F-、Li+和A13+,得出F-和Li+的添加,尤其是F-,能够显著提高上转换荧光强度,而Al3+的添加对Yb3+、Tm3+上转换的促进效果不明显的结论。
【关键词】：硅酸盐玻璃 稀土离子 发光 下转换 上转换
【学位授予单位】：海南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ171.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-29
• 1 绪论9-29
• 1.1 稀土发光材料简介9
• 1.2 稀土元素简介9-10
• 1.3 稀土发光的原理10-12
• 1.3.1 稀土元素的电子构型10-11
• 1.3.2 稀土元素能级11-12
• 1.4 稀土元素及其应用12-20
• 1.4.1 稀土离子的下转换13-15
• 1.4.2 下转换的应用15-18
• 1.4.3 下转换的研究进展18-20
• 1.5 稀土离子的上转换20-27
• 1.5.1 上转换的过程21-24
• 1.5.2 上转换的应用24-25
• 1.5.3 稀土上转换的研究进展25-27
• 1.6 课题研究内容和目的27-29
• 1.6.1 研究内容27-28
• 1.6.2 研究目的和意义28-29
• 第二章 实验设计与测试29-35
• 2 实验设计29-35
• 2.1 实验设计原料29-30
• 2.2 实验设计步骤30-32
• 2.3 实验表征手段与方法32-35
• 2.3.1 玻璃本体性质表征32-33
• 2.3.2 分光光度计33
• 2.3.3 荧光光谱仪33
• 2.3.4 样品其他性质表征33-35
• 第三章 稀土掺杂硅酸盐玻璃下转换发光35-54
• 3 稀土掺杂硅酸盐玻璃下转换发光性能35-54
• 3.1 稀土离子单掺杂35-41
• 3.1.1 稀土单掺杂玻璃的制备35
• 3.1.2 稀土单掺杂玻璃的透过光谱35-38
• 3.1.3 稀土单掺杂玻璃的荧光光谱38-41
• 3.2 稀土离子双掺杂41-47
• 3.2.1 稀土离子之间的能量传递方式41-42
• 3.2.2 稀土双掺杂玻璃的制备42-43
• 3.2.3 稀土双掺杂玻璃的透过光谱43-44
• 3.2.4 稀土双掺杂玻璃的荧光光谱44-47
• 3.3 稀土掺杂对玻璃本体性能的影响47-50
• 3.3.1 稀土掺杂对玻璃膨胀系数的影响47-48
• 3.3.2 稀土掺杂对玻璃粘度的影响48-50
• 3.4 稀土粒子掺杂玻璃的发光性能50-52
• 3.5 本章小结52-54
• 第四章 稀土离子上转换发光54-74
• 4 稀土掺杂硅酸盐玻璃上转换发光性能54-74
• 4.1 稀土离子单掺杂上转换54-60
• 4.1.1 稀土单掺杂玻璃的制备54-55
• 4.1.2 稀土单掺杂玻璃的透过光谱55-58
• 4.1.3 稀土单掺杂玻璃的上转换荧光光谱58-60
• 4.2 稀土离子双掺杂上转换60-65
• 4.2.1 稀土双掺杂玻璃的制备60
• 4.2.2 稀土双掺杂玻璃的吸收光谱60-63
• 4.2.3 稀土双掺杂玻璃的荧光光谱63-65
• 4.3 稀土上转换的发光机制65-68
• 4.3.1 硅酸盐玻璃中上转换发光强度和泵浦功率65-67
• 4.3.2 硅酸盐玻璃中Yb~(3+)和Tm~(3+)上转化发光机制67-68
• 4.4 F~-、Li~+和Al~(3+)对玻璃中上转换发光强度的影响68-73
• 4.4.1 含有F~-、Li~+和Al~(3+)的上转换玻璃样品的制备68-69
• 4.4.2 玻璃样品UB-S5的透过光谱69-71
• 4.4.3 玻璃样品UB-S5的荧光光谱71-73
• 4.5 本章小结73-74
• 第五章 结论与展望74-76
• 5 结论与展望74-76
• 5.1 实验结论74-75
• 5.2 展望75-76
• 参考文献76-87
• 本人在攻读硕士期间发表论文及专利87-88
• 致谢88

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