镱铒共掺杂上转换发光玻璃陶瓷的制备与性能研究

发布时间：2017-09-24 04:01

  本文关键词：镱铒共掺杂上转换发光玻璃陶瓷的制备与性能研究

  更多相关文章： 上转换发光 SPS技术 NaYF4 Y2O3 玻璃陶瓷

【摘要】：由于在光通讯、激光、太阳能电池、显示等领域具有广泛的应用前景,所以稀土离子掺杂上转换发光玻璃陶瓷受到了科研人员的广泛关注。但到目前为止,上转换发光玻璃材料仍然采用熔融急冷并结合长时间退火的方法制备。尽管这种传统方法具有一系列的优点如制备工艺成熟,可以制备大块材料等。但是由于这种方法需要高温,在高温熔融过程中易发生挥发或者稀土离子团聚等方面的问题,并且耗时长,所以存在玻璃的组分难以准确控制、稀土离子掺杂浓度低等缺点。上述问题的存在显著降低了上转换发光材料的性能,同时也限制了它的应用。本文采用一种新的固相烧结方法来制备上转换发光玻璃陶瓷材料:首先合成NaYF4基上转换发光粉体和Y2O3基上转换发光粉体作为发光基元,然后分别与SBA-15介孔粉体混合,最后利用放电等离子体烧结(Spark Plasma Sintering,SPS)技术烧结制备上转换发光玻璃陶瓷材料,系统研究了制备工艺对其显微结构和发光性能的影响。本文的主要研究内容如下:(1)以化学合成的NaYF4:Yb3+,Er3+粉体为原料,采用无压烧结和SPS两种方法制备了NaYF4:Yb3+,Er3+陶瓷,系统研究了烧结温度、保温时间和后处理工艺对陶瓷密度、显微结构和陶瓷发光性能的影响。研究发现采用无压烧结制备的陶瓷样品的相组成和发光强度都会随着烧结温度的升高而改变,当烧结温度为600℃时,陶瓷样品的相是纯的六方相nayf4,且其发光性能最好,陶瓷样品的密度会随着烧结温度的提高和保温时间的延长而增大;sps烧结技术制备出的nayf4陶瓷,具有优异的荧光强度,而且其相对密度最高可达97%。(2)采用sps技术烧结了nayf4:yb3+,er3+和sba-15复合粉体,制备了nayf4复合玻璃,研究了烧结温度和nayf4:yb3+,er3+含量对样品光学性能的影响。结果表明:共沉淀法和水热法合成的nayf4:yb3+,er3+粉体分别与sba-15粉体混合后,经过sps烧结制备的玻璃性能存在很大不同。采用共沉淀法nayf4:yb3+,er3+粉体制备的样品透过率随着烧结温度的升高呈现出先提高后下降的趋势,当烧结温度为980℃时,样品的上转换发光性能较好,透过率最大;通过对不同nayf4:yb3+,er3+含量样品的发光性能进行考察发现,nayf4:yb3+,er3+含量5wt%的玻璃样品的发光强度达到最大。对于水热法合成的nayf4:yb3+,er3+粉体与sba-15粉体制备的玻璃来说,nayf4:yb3+,er3+含量4wt%时上转换发光强度最大。sem和tem发现样品中存在与原始nayf4粉体形态和尺寸相似的颗粒物,说明nayf4通过sps烧结技术可以保存到玻璃基质中。(3)以合成的y2o3:yb3+,er3+和sba-15复合粉体为原料,采用sps技术烧结制备了y2o3:yb3+,er3+上转换发光玻璃,研究了烧结温度、升温速率和y2o3:yb3+,er3+含量对样品各项性能的影响。实验结果表明随着烧结温度的提高样品的透明度呈现出先增加后降低的趋势,当烧结温度为1050℃时,样品的透明度最好,且其上转换发光性能最好。通过改变升温速率研究其对样品性能的影响,结果表明提高升温速率可以提高玻璃块体的发光强度和透明度,当升温速率为200℃/min时样品的发光性能和透明度最好。通过对不同Y2O3:Yb3+,Er3+含量玻璃样品的研究发现,随着Y2O3:Yb3+,Er3+含量的提高,样品的发光性能逐渐增强。
【关键词】：上转换发光 SPS技术 NaYF4 Y2O3 玻璃陶瓷
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ174.1
【目录】：

• 摘要5-8
• ABSTRACT8-13
• 第一章 绪论13-26
• 1.1 引言13
• 1.2 上转换的发光机理13-18
• 1.2.1 激发态吸收14
• 1.2.2 能量转移上转换14-15
• 1.2.3 光子雪崩15
• 1.2.4 J-O理论15-17
• 1.2.5 敏化发光17-18
• 1.3 上转换发光材料18-23
• 1.3.1 上转换发光材料中的稀土元素18-19
• 1.3.2 上转换发光材料的基质材料19-20
• 1.3.3 上转换材料的制备20-23
• 1.4 放电等离子烧结技术23-24
• 1.5 介孔材料SBA-1524
• 1.6 课题的研究意义和研究内容24-26
• 第二章 实验过程和测试方法26-34
• 2.1 实验原料26-27
• 2.2 实验仪器27
• 2.3 样品的制备27-31
• 2.3.1 粉体的制备29-30
• 2.3.2 上转换发光陶瓷的制备30-31
• 2.3.3 上转换发光玻璃的制备31
• 2.4 样品的性能测试31-34
• 2.4.1 相组成及显微结构分析31-32
• 2.4.2 光学性能测试32
• 2.4.3 其他测试32-34
• 第三章 NaYF_4:Yb~(3+), Er~(3+)陶瓷的制备及其性能研究34-47
• 3.1 引言34-35
• 3.2 结果与讨论35-46
• 3.2.1 不同方法制备的NaYF_4:Yb~(3+), Er~(3+)粉体的表征35-38
• 3.2.2 无压烧结法制备NaYF_4陶瓷样品的表征38-43
• 3.2.3 SPS技术制备NaYF_4陶瓷样品的表征43-46
• 3.3 小结46-47
• 第四章 NaYF_4:Yb~(3+), Er~(3+)/SBA-15复合玻璃的制备及其性能47-65
• 4.1 引言47-48
• 4.2 结果与分析48-63
• 4.2.1 SBA-15粉体及块体的制备和表征48-50
• 4.2.2 共沉淀法NaYF_4:Yb~(3+), Er~(3+)/SBA-15复合玻璃的制备及表征50-58
• 4.2.3 水热法NaYF_4:Yb~(3+), Er~(3+)/SBA-15复合玻璃的制备及表征58-63
• 4.3 小结63-65
• 第五章 Y_2O_3:Yb~(3+), Er~(3+)/SBA-15复合玻璃的制备及其性能65-78
• 5.1 引言65
• 5.2 结果与讨论65-77
• 5.2.1 Y_2O_3:Yb~(3+), Er~(3+)粉体的制备和性能研究65-68
• 5.2.2 烧结温度对Y_2O_3:Yb~(3+), Er~(3+)/ SBA-15复合玻璃性能的影响68-70
• 5.2.3 升温速率对Y_2O_3:Yb~(3+), Er~(3+)/ SBA-15复合玻璃性能的影响70-72
• 5.2.4 粉体含量对Y_2O_3:Yb~(3+), Er~(3+)/ SBA-15复合玻璃性能的影响72-77
• 5.3 小结77-78
• 第六章 总结与展望78-80
• 6.1 全文总结78-79
• 6.2 展望79-80
• 参考文献80-87
• 附录：攻读硕士期间发表的学术论文87-88
• 致谢88

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 祝林锋;林健;孙真荣;李玉琼;李东卫;;掺铒TeO_2-Nb_2O_5-ZnO系统玻璃的上转换发光性能[J];功能材料;2008年10期

2 臧竞存,刘燕行,方方;钨酸钕单晶光谱及其上转换发光[J];中国稀土学报;2001年01期

3 李晓文,陈晓波,孙寅官;低浓度掺饵五磷酸盐非晶的上转换发光[J];北京师范大学学报(自然科学版);1997年02期

4 唐基冬;雷春华;王习婷;李承志;张友玉;;氧化钇(铒,镱)的合成及上转换发光[J];光谱实验室;2013年05期

5 马冬云;吕树臣;易玉峰;王莹;;铒镱共掺多金属氧酸盐合成及上转换发光研究[J];北京石油化工学院学报;2008年02期

6 范叶霞;夏霏霏;俞泽民;候俊;田崇军;;镱浓度对钬镱双掺二氧化钛上转换发光的影响[J];光子学报;2011年03期

7 刘晃清,秦冠仕,林海燕,秦伟平,张继森,赵丹,吴长锋,任新光,吕少哲;二氧化锆纳米材料中三价铒离子的上转换发光[J];中国稀土学报;2002年S1期

8 刘恩周;樊君;胡晓云;侯文倩;;基于上转换发光的可见/近红外光催化研究现状及展望[J];化工进展;2011年12期

9 高渊;曹天野;李富友;;具有协同表面配体的水溶性稀土上转换发光纳米材料用于活体淋巴结显像[J];无机化学学报;2012年10期

10 杨智杰;朱基千;周凯;;铒单掺和铒/镱共掺氟氧玻璃的上转换发光性质研究[J];材料导报;2011年04期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 徐莉;关彩虹;于孟斌;金亮;陈高云;;上转换发光技术在生化快速检测中的应用研究[A];公共安全中的化学问题研究进展（第二卷）[C];2011年

2 陈大钦;王元生;余运龙;刘锋;黄萍;;钕掺杂的纳米结构玻璃陶瓷的红外激发紫外上转换发光[A];第11届全国发光学学术会议论文摘要集[C];2007年

3 冷雪松;徐玉恒;;三掺Nd:Yb:Ho:LiNbO_3中的能量上转焕发光[A];第十六届全国晶体生长与材料学术会议论文集-03激光和非线性光学晶体[C];2012年

4 刘熠;刘倩;冯玮;李富友;;上转换发光生物成像技术及应用研究[A];第八届全国化学生物学学术会议论文摘要集[C];2013年

5 邹先梅;刘熠;朱幸俊;姚立明;冯玮;李富友;;808nm激发的上转换发光纳米复合探针用于次氯酸的检测[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第33分会：纳米材料合成与组装[C];2014年

6 赵谡玲;侯延冰;徐叙tb;;不同基质材料中铒离子的上转换发光特性[A];第九届全国发光学术会议摘要集[C];2001年

7 潘秀红;;悬浮技术制备稀土掺杂钛酸盐玻璃及其上转换发光性能[A];中国空间科学学会空间材料专业委员会2011学术交流会论文集[C];2011年

8 高伟;李娇;涂银勋;高当丽;田宇;郑海荣;;水热合成六方相NaYbF4:Pr3+晶体上转换发光特性研究[A];2011西部光子学学术会议论文摘要集[C];2011年

9 朱幸俊;李富友;;多功能稀土上转换发光纳米复合结构用于小动物多模式成像[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第05分会：无机化学[C];2014年

10 董浩;王也夫;李洋;张超;孙聆东;严纯华;;稀土离子上转换发光的调控及其光敏应用[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第06分会：稀土材料化学及应用[C];2014年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 宋恩海;Yb~(3+)/Mn~(2+)共掺杂钙钛矿氟化物ABF_3可调宽带上转换发光研究[D];华南理工大学;2015年

2 李艾华;飞秒激光激发稀土掺杂铌酸锂单晶的上转换发光研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

3 祝汉成;高亮度、高热稳定性及抗辐射稀土掺杂铝酸盐粉体上转换发光及其机理研究[D];东北师范大学;2014年

4 郑克志;稀土掺杂微纳材料中高阶多光子上转换发光及其电子布居过程的研究[D];吉林大学;2011年

5 董斌;稀土掺杂氧化铝粉末的上转换发光特性研究[D];大连理工大学;2007年

6 肖思国;稀土掺杂超微材料的制备与上转换发光研究[D];湘潭大学;2006年

7 庞涛;稀土掺杂上转换发光材料制备与发光性质研究[D];大连海事大学;2010年

8 杨天赦;磷光/上转换发光纳米材料的合成及生物成像应用[D];复旦大学;2011年

9 李磊;Er~（3+）及Er~（3+）/Yb~（3+）掺杂钽铌酸钾锂晶体生长和光谱性能[D];哈尔滨工业大学;2011年

10 汪超;稀土上转换发光纳米材料在肿瘤治疗与生物影像检测方面的应用[D];苏州大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 廖佳燕;光子晶体及金属银纳米颗粒增强稀土掺杂NaYF_4纳米颗粒上转换发光性质研究[D];昆明理工大学;2015年

2 刘雪娥;稀土掺杂氟化物纳米晶的合成及发光性能研究[D];昆明理工大学;2015年

3 赵红伟;含氧酸盐基质光转换荧光粉的发光性能研究[D];大连交通大学;2015年

4 翟梓会;试验优化设计稀土离子掺杂钼酸盐荧光粉发光性质的研究[D];大连海事大学;2015年

5 关莹;镱离子Yb~(3+)掺杂钒/钼酸盐的合成和发光性能研究[D];苏州大学;2015年

6 王欣;稀土上转换发光纳米材料用于近红外光激发的光动力治疗联合肿瘤基因治疗的研究[D];苏州大学;2015年

7 陶冶;销镱铥掺杂12CaO·7Al_2O_3的制备及上转换发光性能研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

8 廖艳平;铒镱锂掺杂AZO陶瓷的制备及发光性能研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

9 潘云星;稀土掺杂Ba_(0.8)Sr_(0.2)TiO_3陶瓷的制备及其上转换发光性能的研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

10 徐艳玲;稀土离子（Yb~(3+),Tm~(3+),Er~(3+)）共掺杂YAG单晶光纤上转换发光特性研究[D];浙江大学;2015年

，

本文编号：909215