几种稀土离子掺杂的铌酸盐发光特性及温度传感的研究
发布时间：2021-04-15 09:26
温度是表征物体冷热程度的物理量。精准测量温度在航空航天、国防、气候研究、医学领域至关重要。光学温度计是一种新型的非接触式温度计,根据荧光粉发光强度、光谱位置、激发态寿命等特征进行温度测量。这类温度计有较高的灵敏度（～1%K-1）、较高的空间分辨率（～10 μm）以及较快的反应时间（～1 ms）。此外光学温度计还可以在电场下工作,而热电偶温度计受电场影响较大。本论文工作围绕几种稀土离子掺杂的铌酸盐发光特性展开,主要包括三部分:第一部分是在两种稀土离子共掺铌酸钇材料中,利用荧光强度比进行温度探测;第二部分是一种稀土离子掺杂铌酸镧中,用基态热耦合的方式进行温度探测;第三部分是关于单基质白光的研究。第一章主要介绍发光材料的研究近况、稀土发光材料的应用、各种光学测温方式、发光材料常用的表征手段、稀土光谱理论,并依据位形坐标模型解释了温度猝灭现象。第二章主要介绍了 YNbO4:Eu3+,Er3+的发光特性以及样品发光对温度的依赖。首先我们利用487.6 nm的激发光激发Eu3+离子将布居至7F2态的Eu3+离子激发至高能激发态5D2上。Eu3+离子被激发至5D2态后会很快弛豫至5D0态,此时我们可...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：112 页
【学位级别】：博士
【图文】：
图１．?１稀土元素在元素周期表中的位置（?
?中国科学技术大学博士学位论文???这时用２Ｓ＋１ｂ来表示。是晶体场对其作用，对于稀土离子，由于４ｆ电子受到??５ｓ，５ｐ电子层的屏蔽，晶体场作用较弱。各种相互作用对于稀土离子能级影响??大小在图１．２中给出。??Ｉ?Ｍ??ＳＬ??４ｆ７??￣?＾巨??自由离子组态?库伦相互作用￣丨０４〇１＾?自旋轨道耦？丨０３?ｃｍ—１?晶体场影？川２＾！－１??图１．２?４ｆ组态受各种相互作用时能级劈裂情况??图１．３所示为三价稀土离子（Ｌｎ３＋）在ＬａＣｌ３晶场中的能级分裂情况［１８８］，??图中所示能级位置是从稀土掺杂的ＬａＣｌ３光谱中得出的。图中各能级都用ｍ＋１Ａ；??的形式表示，各／多重态间满足Ｌａｎｄｅ间距规则：同一２Ｓ＋１Ａ；组内相邻？／能级间??隔ｗ正比于以Ｅｕ３＋离子为例，基态７ＦＣ与７Ｆｉ间能级间距约为３５０??ｃｍ＇?％与７Ｆ２能级间距约为６７０?ｃｍ＇基本符合１／２；但７Ｆ５与７Ｆ６之间能级??间距约为１１００?ｃｍ＇就偏离了?Ｌａｎｄｅ定则所得出的值，因为稀土离子ＬＳ耦合比??较强，不是远弱于库伦作用，属于中等耦合因此会有以上给出的误差；由于稀土??离子的中等耦合程度，具有相同Ｊ值而Ｌ和Ｓ不同的各种态，会相互混合，从而??对发光产生影响。??８??
?第一章绪论???Ａ??图１．４位形坐标模型示意图??通过位形坐标模型和弗兰克康登原理可以很方便的说明一些问题，比如斯托??克斯位移。处于基态的发光中心在激发光的照射下，发光中心从基态的Ａ位形??被激发至激发态的Ｂ位形。Ａ是基态的平衡位形，而Ｂ并非激发态中的平衡位??形，在Ａ的正上方。发光中心被激发至Ｂ位形后，无辐射弛豫至Ｃ位形，Ｃ位??形是激发态的平衡位形，发光中心弛豫至Ｃ位形后，辐射跃迁至Ｄ位形。最后??发光中心从Ｄ弛豫回Ａ，完成整个过程。在此过程中，发光中心吸收的能量，??经过两次无辐射弛豫，因此发射的光子能量要小于吸收的光子能量。??简谐近似下，图中一条条横线所表示的是一个个能量状态，这时他们的跃迁??初末态不再局限在位形坐标曲线上，振子在各处出现的几率与波函数的模平方成??正比，这样可以得到发射谱的表示形式为高斯分布，与实际相符。??位形坐标模型与弗兰克康登原理还可以帮助我们解释温度猝灭现象。发光中??心被激发至Ｂ后，不一定会弛豫至Ｃ通过辐射跃迁来退激发，上能级的振动态??可无辖射跃迁至下能级的高正动态，进而无辐射弛豫至基态的平衡位形Ａ处。根??据弗兰克康登原理，电子态间的无辐射跃迁最可能发生在基态与激发态位形坐标??曲线相交的位形处。当温度足够高时，数目足够多的发光中心布居至Ｆ位形，激??发能量变成了热能，不再有发光，我们称之为温度猝灭。??１１??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Investigation of the temperature characteristic in SrB4O7:Sm2+ phosphor-in-glass by analyzing the lifetime of 684 nm[J]. 曾鹏,曹中民,陈永虎,尹民. Journal of Rare Earths. 2017(08)
[2]高密度碳酸稀土制备超细抛光粉的研究[J]. 周新木,王爱勤,李静,阮桑桑,李永绣. 稀土. 2015(05)
[3]Mechanism of CeMgAl11O19:Tb3+ alkaline fusion with sodium hydroxide[J]. Hu Liu,Shen-Gen Zhang,De-An Pan,Yi-Fan Liu,Bo Liu,Jian-Jun Tian,Alex A.Volinsky. Rare Metals. 2015(03)
[4]电荷补偿对Ba3B2O6:Eu3+的光致发光性能的影响[J]. 杨英,陈永杰,肖林久. 电子元件与材料. 2014(08)
[5]Effects of charge compensation on red emission in CaYAl3O7:Eu3+ phosphor[J]. 余红玲,余雪,徐旭辉,焦清,姜庭明,刘雪娥,周大成,邱建备. Chinese Optics Letters. 2014(05)
[6]LED合成光谱光源色度参数的快速计算及应用[J]. 朱晓东,聂丛伟,李立安,武冰. 半导体技术. 2012(05)
[7]新型稀土高性能储氢合金研究进展[J]. 袁华堂,王一菁,闫超,宋大卫. 化工进展. 2012(02)
[8]A new structure of multi-layer phosphor package of white LED with high efficiency[J]. 李柏承,张大伟,黄元申,倪争技,庄松林. Chinese Optics Letters. 2010(02)
[9]稀土系AB5型贮氢合金电极材料研究进展[J]. 许剑轶,张胤,阎汝煦,罗永春. 电源技术. 2009(10)
[10]大功率白光LED封装工艺技术与研制[J]. 王华,耿凯鸽,赵义坤,刘亚慧. 半导体技术. 2009(05)
本文编号：3139067
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：112 页
【学位级别】：博士
【图文】：
图１．?１稀土元素在元素周期表中的位置（?
?中国科学技术大学博士学位论文???这时用２Ｓ＋１ｂ来表示。是晶体场对其作用，对于稀土离子，由于４ｆ电子受到??５ｓ，５ｐ电子层的屏蔽，晶体场作用较弱。各种相互作用对于稀土离子能级影响??大小在图１．２中给出。??Ｉ?Ｍ??ＳＬ??４ｆ７??￣?＾巨??自由离子组态?库伦相互作用￣丨０４〇１＾?自旋轨道耦？丨０３?ｃｍ—１?晶体场影？川２＾！－１??图１．２?４ｆ组态受各种相互作用时能级劈裂情况??图１．３所示为三价稀土离子（Ｌｎ３＋）在ＬａＣｌ３晶场中的能级分裂情况［１８８］，??图中所示能级位置是从稀土掺杂的ＬａＣｌ３光谱中得出的。图中各能级都用ｍ＋１Ａ；??的形式表示，各／多重态间满足Ｌａｎｄｅ间距规则：同一２Ｓ＋１Ａ；组内相邻？／能级间??隔ｗ正比于以Ｅｕ３＋离子为例，基态７ＦＣ与７Ｆｉ间能级间距约为３５０??ｃｍ＇?％与７Ｆ２能级间距约为６７０?ｃｍ＇基本符合１／２；但７Ｆ５与７Ｆ６之间能级??间距约为１１００?ｃｍ＇就偏离了?Ｌａｎｄｅ定则所得出的值，因为稀土离子ＬＳ耦合比??较强，不是远弱于库伦作用，属于中等耦合因此会有以上给出的误差；由于稀土??离子的中等耦合程度，具有相同Ｊ值而Ｌ和Ｓ不同的各种态，会相互混合，从而??对发光产生影响。??８??
?第一章绪论???Ａ??图１．４位形坐标模型示意图??通过位形坐标模型和弗兰克康登原理可以很方便的说明一些问题，比如斯托??克斯位移。处于基态的发光中心在激发光的照射下，发光中心从基态的Ａ位形??被激发至激发态的Ｂ位形。Ａ是基态的平衡位形，而Ｂ并非激发态中的平衡位??形，在Ａ的正上方。发光中心被激发至Ｂ位形后，无辐射弛豫至Ｃ位形，Ｃ位??形是激发态的平衡位形，发光中心弛豫至Ｃ位形后，辐射跃迁至Ｄ位形。最后??发光中心从Ｄ弛豫回Ａ，完成整个过程。在此过程中，发光中心吸收的能量，??经过两次无辐射弛豫，因此发射的光子能量要小于吸收的光子能量。??简谐近似下，图中一条条横线所表示的是一个个能量状态，这时他们的跃迁??初末态不再局限在位形坐标曲线上，振子在各处出现的几率与波函数的模平方成??正比，这样可以得到发射谱的表示形式为高斯分布，与实际相符。??位形坐标模型与弗兰克康登原理还可以帮助我们解释温度猝灭现象。发光中??心被激发至Ｂ后，不一定会弛豫至Ｃ通过辐射跃迁来退激发，上能级的振动态??可无辖射跃迁至下能级的高正动态，进而无辐射弛豫至基态的平衡位形Ａ处。根??据弗兰克康登原理，电子态间的无辐射跃迁最可能发生在基态与激发态位形坐标??曲线相交的位形处。当温度足够高时，数目足够多的发光中心布居至Ｆ位形，激??发能量变成了热能，不再有发光，我们称之为温度猝灭。??１１??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Investigation of the temperature characteristic in SrB4O7:Sm2+ phosphor-in-glass by analyzing the lifetime of 684 nm[J]. 曾鹏,曹中民,陈永虎,尹民. Journal of Rare Earths. 2017(08)
[2]高密度碳酸稀土制备超细抛光粉的研究[J]. 周新木,王爱勤,李静,阮桑桑,李永绣. 稀土. 2015(05)
[3]Mechanism of CeMgAl11O19:Tb3+ alkaline fusion with sodium hydroxide[J]. Hu Liu,Shen-Gen Zhang,De-An Pan,Yi-Fan Liu,Bo Liu,Jian-Jun Tian,Alex A.Volinsky. Rare Metals. 2015(03)
[4]电荷补偿对Ba3B2O6:Eu3+的光致发光性能的影响[J]. 杨英,陈永杰,肖林久. 电子元件与材料. 2014(08)
[5]Effects of charge compensation on red emission in CaYAl3O7:Eu3+ phosphor[J]. 余红玲,余雪,徐旭辉,焦清,姜庭明,刘雪娥,周大成,邱建备. Chinese Optics Letters. 2014(05)
[6]LED合成光谱光源色度参数的快速计算及应用[J]. 朱晓东,聂丛伟,李立安,武冰. 半导体技术. 2012(05)
[7]新型稀土高性能储氢合金研究进展[J]. 袁华堂,王一菁,闫超,宋大卫. 化工进展. 2012(02)
[8]A new structure of multi-layer phosphor package of white LED with high efficiency[J]. 李柏承,张大伟,黄元申,倪争技,庄松林. Chinese Optics Letters. 2010(02)
[9]稀土系AB5型贮氢合金电极材料研究进展[J]. 许剑轶,张胤,阎汝煦,罗永春. 电源技术. 2009(10)
[10]大功率白光LED封装工艺技术与研制[J]. 王华,耿凯鸽,赵义坤,刘亚慧. 半导体技术. 2009(05)
本文编号：3139067
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