基于荧光强度比测温的稀土掺杂荧光粉温敏材料的研究
发布时间：2021-07-27 14:34
温度是重要的物理参量之一,温度探测在生产、生活和科学研究等领域都占据着极其重要的地位。如何方便、精确、快捷地进行温度探测是科研工作者研究探索的主要课题之一。传统接触式温度计由于自身的局限性,使其不能在强电场、强磁场、腐蚀性、微纳米尺寸以及活体细胞等特殊环境中应用。因此,具有抗干扰性、空间分辨率高、方便快捷,能实现远程测量的新型非接触式温度传感器引起了研究者的关注。目前,各类非接触式温度传感材料大多基于材料的光学性质,仅荧光温度探测就有多种方式。基于荧光强度比的测温技术由于具有自校正效应,是较为准确的方法之一。本文设计并制备出四种稀土掺杂发光材料,并基于荧光强度比特性,研究探讨了这四种材料在温敏方面的特性及潜在应用价值。其主要研究内容与结果如下:第一部分采用高温固相法成功制备合成了Ba3La（VO4）3:Eu3+荧光粉,通过改变Eu3+的掺杂浓度,可以实现发光颜色从绿色到红色的调控。同时发现该样品可以通过两种方式实现温度探测。一方面利用发射光谱,采用VO43-（400-580 n...
【文章来源】：重庆邮电大学重庆市
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Dieke能级图
重庆邮电大学硕士学位论文第三章Tb3+/Eu3+共掺Sr8MgLa(PO4)7荧光粉发光特性和温敏性质研究31发出位于487，544，582和620nm的Tb3+离子特征发射光。与此同时部分能量会通过能量传递从Tb3+离子传递到Eu3+离子，使Eu3+离子从基态能级跃迁到激发态能级，然后通过辐射跃迁回到基态，发出位于278，598，616，652和702nm的Eu3+离子特征发光。图3.8Tb3+和Eu3+的主要能级和Tb3+→Eu3+的能量传递过程示意图Reisfeld有过相关报道[122]，荧光粉中的敏化剂到激活剂的共振能量传递可以通过交换相互作用或电多极相互作用发生。如果激活剂和敏化剂之间的临界距离不超过5，我们认为是发生了交换相互作用。若大于5，则是发生了电多极相互作用[123]。而敏化剂Tb3+和Eu3+的临界距离RC可以通过Blasse理论估算[124]：=2[34]13（3.5）式中V是单位晶胞体积，N是配位数，xc是当敏化剂Tb3+的发射强度到达初始发射强度的一半时，敏化剂Tb3+和激活剂Eu3+离子的浓度之和。对于Sr8MgLa0.7-x(PO4)7:0.3Tb3+,xEu3+样品，V=2588.033,N=4,xc=0.55(0.3+0.4=0.7)(如图3.5所示)。所以，计算得临界距离RC为12.086，远大于5，说明在Sr8MgLa(PO4)7基质中Tb3+到Eu3+的能量传递过程为电多极相互作用。为进一步研究其电多极相互作用机理，可以通过Dexter公式和Reisfeld公式进行判断：0∝3（3.6）
重庆邮电大学硕士学位论文第三章Tb3+/Eu3+共掺Sr8MgLa(PO4)7荧光粉发光特性和温敏性质研究360.3Tb3+,0.4Eu3+荧光粉可以通过Tb3+和Eu3+的荧光强度比和Tb3+的荧光寿命两种方式来进行测温，显示出Sr8MgLa(PO4)7:Tb3+,Eu3+荧光粉在荧光温敏材料领域的潜在应用价值。图3.14Sr8MgLa0.3(PO4)7:0.3Tb3+,0.4Eu3+的变温寿命：(a)寿命变化拟合；(b)基于寿命温度依赖关系的灵敏度3.4本章小结通过高温固相反应法合成了一系列Sr8MgLa(PO4)7单掺Tb3+和共掺Tb3+/Eu3+的荧光粉。通过XRD和荧光光谱仪对其进行了结构和光学特性的研究。首先该结构属于R3c(161)空间群β-Ca3(PO4)2结构，同时该荧光粉掺杂Tb3+时未发现浓度猝灭现象。通过调控Tb3+→Eu3+的能量传递可以实现发光颜色从绿色转变至红色。通过荧光寿命的研究，确定了Tb3+→Eu3+的能量传递过程为电四极－电四极相互作用。利用Eu3+的5D0→7F2跃迁与Tb3+的5D4→7F5跃迁的积分强度比（I616/I544）可以用作298-573K之间的温度传感探针。基于荧光强度比的最大相对灵敏度SR值为1.3％K-1(573K)。此外，根据Tb3+的荧光寿命我们也做了温敏方面的研究，所得到的最大相对灵敏度SR值为0.7%K-1(573K)。这些特性表明Sr8MgLa(PO4)7:Tb3+,Eu3+荧光粉在多彩照明显示和温度传感领域有潜在的应用价值。
【参考文献】：
期刊论文
[1]用于固态照明的红色荧光粉Lu2MoO6:Eu3+的发光性质（英文）[J]. 李丽,沈君,周贤菊,潘雨,常文轩,何琪伟,韦先涛. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2016(06)
本文编号：3305972
【文章来源】：重庆邮电大学重庆市
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Dieke能级图
重庆邮电大学硕士学位论文第三章Tb3+/Eu3+共掺Sr8MgLa(PO4)7荧光粉发光特性和温敏性质研究31发出位于487，544，582和620nm的Tb3+离子特征发射光。与此同时部分能量会通过能量传递从Tb3+离子传递到Eu3+离子，使Eu3+离子从基态能级跃迁到激发态能级，然后通过辐射跃迁回到基态，发出位于278，598，616，652和702nm的Eu3+离子特征发光。图3.8Tb3+和Eu3+的主要能级和Tb3+→Eu3+的能量传递过程示意图Reisfeld有过相关报道[122]，荧光粉中的敏化剂到激活剂的共振能量传递可以通过交换相互作用或电多极相互作用发生。如果激活剂和敏化剂之间的临界距离不超过5，我们认为是发生了交换相互作用。若大于5，则是发生了电多极相互作用[123]。而敏化剂Tb3+和Eu3+的临界距离RC可以通过Blasse理论估算[124]：=2[34]13（3.5）式中V是单位晶胞体积，N是配位数，xc是当敏化剂Tb3+的发射强度到达初始发射强度的一半时，敏化剂Tb3+和激活剂Eu3+离子的浓度之和。对于Sr8MgLa0.7-x(PO4)7:0.3Tb3+,xEu3+样品，V=2588.033,N=4,xc=0.55(0.3+0.4=0.7)(如图3.5所示)。所以，计算得临界距离RC为12.086，远大于5，说明在Sr8MgLa(PO4)7基质中Tb3+到Eu3+的能量传递过程为电多极相互作用。为进一步研究其电多极相互作用机理，可以通过Dexter公式和Reisfeld公式进行判断：0∝3（3.6）
重庆邮电大学硕士学位论文第三章Tb3+/Eu3+共掺Sr8MgLa(PO4)7荧光粉发光特性和温敏性质研究360.3Tb3+,0.4Eu3+荧光粉可以通过Tb3+和Eu3+的荧光强度比和Tb3+的荧光寿命两种方式来进行测温，显示出Sr8MgLa(PO4)7:Tb3+,Eu3+荧光粉在荧光温敏材料领域的潜在应用价值。图3.14Sr8MgLa0.3(PO4)7:0.3Tb3+,0.4Eu3+的变温寿命：(a)寿命变化拟合；(b)基于寿命温度依赖关系的灵敏度3.4本章小结通过高温固相反应法合成了一系列Sr8MgLa(PO4)7单掺Tb3+和共掺Tb3+/Eu3+的荧光粉。通过XRD和荧光光谱仪对其进行了结构和光学特性的研究。首先该结构属于R3c(161)空间群β-Ca3(PO4)2结构，同时该荧光粉掺杂Tb3+时未发现浓度猝灭现象。通过调控Tb3+→Eu3+的能量传递可以实现发光颜色从绿色转变至红色。通过荧光寿命的研究，确定了Tb3+→Eu3+的能量传递过程为电四极－电四极相互作用。利用Eu3+的5D0→7F2跃迁与Tb3+的5D4→7F5跃迁的积分强度比（I616/I544）可以用作298-573K之间的温度传感探针。基于荧光强度比的最大相对灵敏度SR值为1.3％K-1(573K)。此外，根据Tb3+的荧光寿命我们也做了温敏方面的研究，所得到的最大相对灵敏度SR值为0.7%K-1(573K)。这些特性表明Sr8MgLa(PO4)7:Tb3+,Eu3+荧光粉在多彩照明显示和温度传感领域有潜在的应用价值。
【参考文献】：
期刊论文
[1]用于固态照明的红色荧光粉Lu2MoO6:Eu3+的发光性质（英文）[J]. 李丽,沈君,周贤菊,潘雨,常文轩,何琪伟,韦先涛. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2016(06)
本文编号：3305972
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