Ca 2 LuHf 2 Al 3 O 12 :Cr 3+ 近红外荧光粉结构和发光性能调控研究
发布时间：2021-11-16 19:32
800 nm附近的宽带近红外光在食品检测和夜视监控中有着广阔的应用前景。相较于近红外芯片,近红外荧光粉具有成本较低、合成工艺成熟、可组合调谐等优点。然而,目前近红外荧光粉普遍存在半波宽窄、热稳定性差、发光强度弱等缺点。经典的石榴石结构具有良好的稳定性和丰富的多面体环境,这些特点为Cr3+的宽带发射提供了可能。因此我们尝试合成Cr3+掺杂石榴石结构宽带近红外荧光粉,并通过构建能量传递提高近红外荧光粉的发光强度。此外,基于石榴石结构的开放性和Cr3"易受环境影响的特点,试图通过成分替换来调节Cr3+的光谱性能。研究了 Ca2LuHf2Al3O12:Cr3+的发光性能。在 460 nm 的激发下,Ca2LuHf2Al3O12:0.03Cr3+的发射峰位于775 nm、半波宽为147nm。通过分析激发发射光谱以及发射强度与浓度的关系,分析Ca2LuHf2Al3O12中Cr3+浓度猝灭的原因是辐射再吸收和偶极子相互作用。发射光谱峰值波长随着Cr3+掺杂浓度发生红移,原因可以归结于辐射再吸收以及多极子相互作用。在460 nm的激发下,Ca2LuHf2Al3O12:0.03Cr3+在150℃时的发光...
【文章来源】：北京有色金属研究总院北京市
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１近红外实现方式的图示??（ａ）多芯片组合发光；（ｂ）荧光粉转换发光??
３＋、Ｙｂ３＋为发光中心的近红外荧光粉。??（１）?Ｐｒ＾掺杂近红外荧光粉??Ｐｒ３＋能够实现长余辉红光发射，在生物医疗中被用作指示剂。Ｐｒ３＋离子在红外区域??的发射波长大约在８７２?ｎｍ和１０３７?ｎｍ。Ｌｉａｎｇ等采用高温固相法合成了?ＭｇＧｅ〇３：Ｐｒ３＋??和ＣｄＳｉＣ＾Ｐｒ＾荧光粉，在紫外光的激发下，ＭｇＧｅ０３：Ｐｒ３＋发射出峰值波长在６２５?ｎｍ??ＵＤｚ—３Ｈ４）、９００?ｎｍ?ＵＤ２—３Ｈ６）和?１０８５?ｎｍ?近红外光，持续发光时??间大于１２０小时［｜２］。图１．２是ＭｇＧｅ〇３：Ｐｒ３＋的激发光谱和发射光谱，虽然ＰＰ在ＭｇＧｅＣｂ??中能够被蓝光有效激发，但是其发射光谱半峰宽窄，且９００?ｎｍ和１０８５?ｎｍ处的发光??强度仅为６２５?ｎｍ处发光强度的一半。??－?＂４?ＭｇＧｅ０３：Ｐｒ３＋??Ｅｘ?Ｅｍ??？Ｅ??ｎｍ??３００?５００?７００?９００?１１００?１３００??Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ?（ｎｍ）??图１．２?ＭｇＧｅ〇３：Ｐｒ３＋的激发光谱和发射光谱［１２］??（２）?Ｎｄ３＋掺杂近红外荧光粉??Ｎｄ３＋离子具有多个激发能级，覆盖范围从紫外至近红外区域。其近红外发射峰包??括?９００ｎｍ?（４Ｆ３／２—４ｌ９／２）、ｌ〇６０ｎｍ?（４Ｆ３／２—４１丨丨／２）和?１３４０ｎｍ?（４Ｆ３／２—４Ｉｉ３／２），其中?１０６０??ｎｍ的强度较强并己商用为高能激光，１３４０?ｎｍ的近红外在光放大器方面有应用的可??能。ＧｄＮｂ〇４：Ｎｄ３＋在２６６?ｎｍ紫外光的激发下发射出８５０?ｎｍ至９５０?ｎｍ的近红外光，??该范围的近红外光谱分别由８１２?ｎｍ、８８８?ｎｍ、８８８?ｎｍ
，通过Ｙｂ３＋－Ｈｏ３＋能量传递，提高了?Ｈｏ３＋在１１９０?ｎｍ处的近红外发射［１６］。??（４）?Ｅｒ３—掺杂近红外焚光粉??ＥＰ＋离子在红外区域的发光波长为８００ｎｍ，９８０ｎｍ和１５４０ｎｍ。多数文献报道的??是Ｅｒ＾的长余辉性能，如Ｙｕ等人采用燃烧合成法，在ＳｒＡｌ２０４：Ｅｕ２＋，Ｄｙ３＋长余辉绿色??荧光粉（Ａｅｍ?＝?５２０?ｎｍ）的基础上掺入Ｅｒ３＋，使ＳｒＡｈＯｆＥｕｔＤｙ＾Ｅｒ＾在３４０?ｎｍ的激??发下获得１５４０ｎｍ?（４１丨３／２—４１丨５／２）近红外发射（图１．３），且余辉时间大于１０分钟Ｍ。??由于Ｅｒ＾的的近红外发光处于第二、三生物窗口（１０００￣１８００ｎｍ），该波段的近红外??光在生物成像中能够获得低背景噪音、高对比度的成像［｜８］，因此受到研宄人员的关注。??Ｚｈｏｕ等利用溶胶凝胶法合成了?ＹＡＧｉＣｅｉＥｒ３—荧光粉，在４６７?ｎｍ的激发下发射出１５３１??ｎｍ的近红夕卜［１９〗。Ｙｅ等合成了?ＬａｓＧａｓＧｅＯＭｉＣｒ＇Ｙｔｒ＇Ｅｒ３—荧光粉，在６６０?ｎｍ的激发??下发出９７６?ｎｍ和１５４０?ｎｍ的红外光，分别属于Ｙｂ３＋和Ｅｒ３—＾。???１??＂Ｉ?，，?ｉ?■?１?１?ｉ／／?？?Ｉ?＊??Ｓ＞ｙ３＇ｘ％?Ｅｒ３＋?Ｊ??｜??Ｉ；＊．?Ｉ??＝?３４０ｎｍ?Ｉ：?：ｌ??ｉｔ??ｆｉｉｗｉｆｒ＾?■?－－??３００?４００?５００?６００?７００?１５００?１６００??Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ?（ｎｍ）??图１．３?ＳｒＡｌ２〇４：Ｅｕ２＋，Ｄｙ３＋，Ｅｒ３＋的激发光谱（左）和发射光谱（右）［ｌ７］??（５）?Ｔｍ３＋掺杂近红外荧光粉??Ｔｍ３＋掺
【参考文献】：
期刊论文
[1]Cr3+掺杂的宽带近红外荧光粉及其研究进展[J]. 张亮亮,张家骅,郝振东,吴昊,潘国徽,武华君,张霞. 发光学报. 2019(12)
博士论文
[1]稀土离子激活的La-Si（Al）-N（O）荧光粉的设计与合成[D]. 徐会兵.北京有色金属研究总院 2019
[2]基于LuAG:Ce3+非等价共取代新型荧光粉开发与性能调节[D]. 周宇楠.北京有色金属研究总院 2019
[3]全光谱照明用碳氮化物荧光粉的合成、结构与性能研究[D]. 燕春培.北京科技大学 2019
[4]石榴石荧光粉局域结构与发光性能研究[D]. 郑亚玲.北京科技大学 2019
[5]YAG:Ce3+荧光粉掺杂改性的理论和实验研究及新体系探索[D]. 钟继有.北京科技大学 2016
[6]超长红外长余辉材料及其发光机理的研究和探索[D]. 闫武钊.中国科学技术大学 2010
本文编号：3499440
【文章来源】：北京有色金属研究总院北京市
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１近红外实现方式的图示??（ａ）多芯片组合发光；（ｂ）荧光粉转换发光??
３＋、Ｙｂ３＋为发光中心的近红外荧光粉。??（１）?Ｐｒ＾掺杂近红外荧光粉??Ｐｒ３＋能够实现长余辉红光发射，在生物医疗中被用作指示剂。Ｐｒ３＋离子在红外区域??的发射波长大约在８７２?ｎｍ和１０３７?ｎｍ。Ｌｉａｎｇ等采用高温固相法合成了?ＭｇＧｅ〇３：Ｐｒ３＋??和ＣｄＳｉＣ＾Ｐｒ＾荧光粉，在紫外光的激发下，ＭｇＧｅ０３：Ｐｒ３＋发射出峰值波长在６２５?ｎｍ??ＵＤｚ—３Ｈ４）、９００?ｎｍ?ＵＤ２—３Ｈ６）和?１０８５?ｎｍ?近红外光，持续发光时??间大于１２０小时［｜２］。图１．２是ＭｇＧｅ〇３：Ｐｒ３＋的激发光谱和发射光谱，虽然ＰＰ在ＭｇＧｅＣｂ??中能够被蓝光有效激发，但是其发射光谱半峰宽窄，且９００?ｎｍ和１０８５?ｎｍ处的发光??强度仅为６２５?ｎｍ处发光强度的一半。??－?＂４?ＭｇＧｅ０３：Ｐｒ３＋??Ｅｘ?Ｅｍ??？Ｅ??ｎｍ??３００?５００?７００?９００?１１００?１３００??Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ?（ｎｍ）??图１．２?ＭｇＧｅ〇３：Ｐｒ３＋的激发光谱和发射光谱［１２］??（２）?Ｎｄ３＋掺杂近红外荧光粉??Ｎｄ３＋离子具有多个激发能级，覆盖范围从紫外至近红外区域。其近红外发射峰包??括?９００ｎｍ?（４Ｆ３／２—４ｌ９／２）、ｌ〇６０ｎｍ?（４Ｆ３／２—４１丨丨／２）和?１３４０ｎｍ?（４Ｆ３／２—４Ｉｉ３／２），其中?１０６０??ｎｍ的强度较强并己商用为高能激光，１３４０?ｎｍ的近红外在光放大器方面有应用的可??能。ＧｄＮｂ〇４：Ｎｄ３＋在２６６?ｎｍ紫外光的激发下发射出８５０?ｎｍ至９５０?ｎｍ的近红外光，??该范围的近红外光谱分别由８１２?ｎｍ、８８８?ｎｍ、８８８?ｎｍ
，通过Ｙｂ３＋－Ｈｏ３＋能量传递，提高了?Ｈｏ３＋在１１９０?ｎｍ处的近红外发射［１６］。??（４）?Ｅｒ３—掺杂近红外焚光粉??ＥＰ＋离子在红外区域的发光波长为８００ｎｍ，９８０ｎｍ和１５４０ｎｍ。多数文献报道的??是Ｅｒ＾的长余辉性能，如Ｙｕ等人采用燃烧合成法，在ＳｒＡｌ２０４：Ｅｕ２＋，Ｄｙ３＋长余辉绿色??荧光粉（Ａｅｍ?＝?５２０?ｎｍ）的基础上掺入Ｅｒ３＋，使ＳｒＡｈＯｆＥｕｔＤｙ＾Ｅｒ＾在３４０?ｎｍ的激??发下获得１５４０ｎｍ?（４１丨３／２—４１丨５／２）近红外发射（图１．３），且余辉时间大于１０分钟Ｍ。??由于Ｅｒ＾的的近红外发光处于第二、三生物窗口（１０００￣１８００ｎｍ），该波段的近红外??光在生物成像中能够获得低背景噪音、高对比度的成像［｜８］，因此受到研宄人员的关注。??Ｚｈｏｕ等利用溶胶凝胶法合成了?ＹＡＧｉＣｅｉＥｒ３—荧光粉，在４６７?ｎｍ的激发下发射出１５３１??ｎｍ的近红夕卜［１９〗。Ｙｅ等合成了?ＬａｓＧａｓＧｅＯＭｉＣｒ＇Ｙｔｒ＇Ｅｒ３—荧光粉，在６６０?ｎｍ的激发??下发出９７６?ｎｍ和１５４０?ｎｍ的红外光，分别属于Ｙｂ３＋和Ｅｒ３—＾。???１??＂Ｉ?，，?ｉ?■?１?１?ｉ／／?？?Ｉ?＊??Ｓ＞ｙ３＇ｘ％?Ｅｒ３＋?Ｊ??｜??Ｉ；＊．?Ｉ??＝?３４０ｎｍ?Ｉ：?：ｌ??ｉｔ??ｆｉｉｗｉｆｒ＾?■?－－??３００?４００?５００?６００?７００?１５００?１６００??Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ?（ｎｍ）??图１．３?ＳｒＡｌ２〇４：Ｅｕ２＋，Ｄｙ３＋，Ｅｒ３＋的激发光谱（左）和发射光谱（右）［ｌ７］??（５）?Ｔｍ３＋掺杂近红外荧光粉??Ｔｍ３＋掺
【参考文献】：
期刊论文
[1]Cr3+掺杂的宽带近红外荧光粉及其研究进展[J]. 张亮亮,张家骅,郝振东,吴昊,潘国徽,武华君,张霞. 发光学报. 2019(12)
博士论文
[1]稀土离子激活的La-Si（Al）-N（O）荧光粉的设计与合成[D]. 徐会兵.北京有色金属研究总院 2019
[2]基于LuAG:Ce3+非等价共取代新型荧光粉开发与性能调节[D]. 周宇楠.北京有色金属研究总院 2019
[3]全光谱照明用碳氮化物荧光粉的合成、结构与性能研究[D]. 燕春培.北京科技大学 2019
[4]石榴石荧光粉局域结构与发光性能研究[D]. 郑亚玲.北京科技大学 2019
[5]YAG:Ce3+荧光粉掺杂改性的理论和实验研究及新体系探索[D]. 钟继有.北京科技大学 2016
[6]超长红外长余辉材料及其发光机理的研究和探索[D]. 闫武钊.中国科学技术大学 2010
本文编号：3499440
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