稀土离子掺杂磷酸盐光子晶体发光性质的调控及增强研究

发布时间：2020-06-20 07:23

【摘要】：稀土离子掺杂的光子晶体在低阈值激光器、太阳电池、生物传感和显示等方面具有巨大的应用前景。但由于稀土离子吸收和发射截面小等问题导致发光效率不高,严重限制了其实际应用。因此稀土离子掺杂的光子晶体的发光调控和增强的研究具有重要的科学意义和应用价值。本论文提出通过反蛋白石和光子晶体异质结来调控Er~(3+)的上转换发光,金和银纳米颗粒表面等离子体共振来增强发光中心的发光。实验采用胶晶模板法制备了不同稀土离子掺杂的磷酸盐反蛋白石光子晶体,研究其发光的性质和机理,探讨了光子带隙和金和银纳米颗粒对光子晶体发光性质的影响。通过模板辅助工艺制备了YbPO_4:Er~(3+)反蛋白石和聚苯乙烯蛋白石组成的光子晶体异质结,研究证实光子晶体异质结显示出两个光子带隙。研究了光子晶体异质结构的两个光子带隙对YbPO_4:Er~(3+)反蛋白石上转换发光的影响;观察到了来自YbPO_4:Er~(3+)在反蛋白石和蛋白石的光子带隙分别能抑制Er~(3+)的上转换发射;反蛋白石和蛋白石组成的光子晶体异质结的两个光子带隙重叠效应可以强烈抑制YbPO_4:Er~(3+)上转换发光。通过测试YbPO_4:Er~(3+)光子晶体异质结构的上转换发光寿命分析了上转换发光的调控机理,结果表明被上转换发光的抑制归因于光子晶体异质结构的布拉格反射引起的光子捕获。提出了一种简便的Au纳米颗粒嵌入LaPO_4:Eu~(3+)反蛋白石的制备方法。在制备过程中,包含HAuCl_4的透明LaPO_4:Eu~(3+)溶胶渗入蛋白石模板中,烧结后,在LaPO_4:Eu~(3+)反蛋白石纳米尺寸的内壁中形成10-20nm的Au纳米颗粒,获得Au纳米颗粒包埋的LaPO_4:Eu~(3+)反蛋白石。研究了Au纳米颗粒的LaPO_4:Eu~(3+)反蛋白石的发光性能,观察到Eu~(3+)离子的593,618和698 nm的发射峰,嵌入LaPO_4:Eu~(3+)反蛋白石的Au纳米颗粒可以增强593,618和698nm的发光,这是由于金纳米颗粒局域表面等离子体共振导致其激发场增强引起的。制备了Au和Ag纳米颗粒包埋的YbPO_4:Er~(3+)反蛋白石光子晶体,研究了Ag或Au纳米颗粒对YbPO_4:Er~(3+)反蛋白石上转换发光的影响,研究证实由于Ag或Au纳米颗粒增强了激发场导致Er~(3+)的上转换发光增强。制备了YbPO_4:Er~(3+)和YbPO_4:Nd~(3+)/Er~(3+)反蛋白石光子晶体,研究了其光子带隙对YbPO_4:Er~(3+)和YbPO_4:Nd~(3+)/Er~(3+)反蛋白石上转换发光和近红外发光的影响。结果表明,当Er~(3+)发射峰和光子带隙重叠时,由于光子带隙抑制了Er~(3+)的自发辐射,会使得Er~(3+)的可见光能级的电子弛豫到近红外能级,导致其近红外发光增强。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O734
【图文】：

图 1.1 普通发光示意图Fig.1.1 Schematic of stokes emission料在吸收两个或者两个以上的低能量光子，，通过多个低能光子的共同作用下经过上转短波光子，最后将其辐射出去。五十年代稀是直到 60 年代上转换的概念才被正式提出于上转换发光。不同稀土的掺杂以及不同基几种：本的上转换过程，离子中的某一基态电子连跃迁回基态的同时释放一个高能光子[16]。如 E0的电子吸收一个能量为 V1的光子的同时

图 1.2 激发态吸收示意图Fig.1.2 Excited state absorption)心具有部分相同或者完全相同的能级结构时，可以通过二[18]。能量传递上转换发光可以根据不同情况分为以下四递递一般发生在不同种离子的中间，如图 1.3 所示，其中当距离接近时，离子 A 会将能量传递给其附近离子 B 后返级 F1跃迁到较高中间能级 F2，当 B 离子能继续从 A 离能级 F2跃迁到激发态能级 F3。即 A 离子连续的将能量传断的从基态或是中间能级跃迁到更高能级，最后发射出短

【参考文献】

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本文编号：2722076