稀土摻雜的紅外量子剪裁材料和WLED紅光材料研究.pdf

1、現(xiàn)代社會(huì)對能源的需求使得新能源的研究和發(fā)展不斷深入，太陽能電池是其中最為典型的代表。太陽能電池研究的重點(diǎn)之一是提高其能量轉(zhuǎn)換效率。紅外量子剪裁材料能夠?qū)μ柟庾V進(jìn)行修飾，是提高太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的可能途徑之一。合理有效地利用能源同樣非常重要，這要求光電設(shè)備和器件具有更好的節(jié)能效果。白光LED照明是新型的節(jié)能照明設(shè)備，高效的白光LED紅粉將有效改善LED燈的顯色指數(shù)和流明效率等參數(shù)，有助于實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的白光照明。基于上述考慮，本論文的研究

2、工作從以下兩方面展開：紅外量子剪裁材料的制備和發(fā)光學(xué)性質(zhì)研究，以及白光LED紅粉的設(shè)計(jì)和研究。
　　 第一章中，我們介紹了發(fā)光材料和稀土發(fā)光材料的基本性質(zhì)和應(yīng)用情況，并對稀土離子的能級結(jié)構(gòu)、電偶極躍遷選擇定則、晶體場的影響、無輻射躍遷和共振能量傳遞等基本物理圖像做了簡單的回顧。緒論部分還介紹了可見光量子剪裁和紅外量子剪裁材料的基本情況和研究進(jìn)展，特別分析了紅外量子剪裁材料研究中存在的問題以及可能的解決方法。
　　 第二章

3、研究了氟化物基質(zhì)中稀土雙摻雜紅外量子剪裁。
　　 首先，我們使用共沉淀法成功制備了不同濃度Pr3+和Yb3+離子摻雜的LaF3粉末材料。X射線衍射顯示所有樣品均為單一的六方相，即使在高摻雜濃度下，仍然沒有雜相出現(xiàn)。常溫下的激發(fā)譜，發(fā)射譜以及衰減曲線給出了Pr3+-Yb3+之間存在能量傳遞的證據(jù)。Pr3+離子3p0能級到Y(jié)b3+離子的能量傳遞具有很高的效率，10％Yb3+摻雜時(shí)效率高達(dá)61.6%。紅外光譜以及變溫條件下光譜的測量證

4、明了Pr3+-Yb3+體系能量傳遞分為兩個(gè)步驟：Pr3+(3p0)+Yb3+(2F7/2)→Pr3+(1G4)+Yb3+(2F5/2)之間的交叉弛豫和Pr3+(1G4)+Yb3+(2F7/2)→Pr3+(3H4)+Yb3+(2F5/2)之間共振能量傳遞，而不是之前文獻(xiàn)報(bào)道的合作能量傳遞。
　　 另外，我們利用水熱法制備了Ho3+和Yb3+摻雜的NaYF4粉末材料，X射線衍射表明樣品為單一的六方相。在水熱過程中加入檸檬酸三鈉作為螯

5、合劑時(shí)，樣品的形貌規(guī)則，分散性良好，同樣為單一的六方相。通過研究激發(fā)和發(fā)射光譜、可見和紅外發(fā)光的濃度依賴以及熒光衰減曲線，第一次證實(shí)了該材料中存在紅外量子剪裁過程。同時(shí)我們通過分析光譜數(shù)據(jù)研究了能量傳遞的機(jī)理，發(fā)現(xiàn)Ho3+到Y(jié)b3+的能量傳遞通過兩次連續(xù)的交叉弛豫能量傳遞實(shí)現(xiàn)。在這一轉(zhuǎn)換過程中，Ho3+吸收300-400nm范圍內(nèi)光子的能量并傳遞給Yb3+，從而發(fā)射兩個(gè)1000nm的光子。此外我們對能量傳遞的效率進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果表明材料

6、的內(nèi)量子效率高達(dá)155.2%。
　　 第三章研究了使用固相法制備的Yb3+離子摻雜的NaY(WO4)2粉末?；|(zhì)發(fā)光性質(zhì)的研究表明基質(zhì)的發(fā)射為藍(lán)光波段的寬帶譜，有效激發(fā)位于250-300nm范圍內(nèi)。在Yb3+離子引入基質(zhì)后，在紫外光266nm激發(fā)下，樣品具有很強(qiáng)的來自于Yb3+離子的紅外發(fā)射。Yb3+離子1000nm紅外發(fā)射的激發(fā)譜和基質(zhì)發(fā)射的激發(fā)譜重疊，說明存在從基質(zhì)到Y(jié)b3+離子的能量傳遞。而Yb3+-O2-的電荷遷移態(tài)一般

7、對應(yīng)于能量更高的波段，另外基質(zhì)到Y(jié)b3+離子的雙能級能量差需要10個(gè)以上的聲子協(xié)助能量傳遞，因此我們使用合作能量傳遞來解釋這一過程。我們還研究了不同Yb3+離子摻雜濃度對樣品發(fā)射譜和熒光衰減曲線的影響。通過基質(zhì)發(fā)射的衰減曲線可以計(jì)算能量傳遞的效率，結(jié)果表明40%Yb3+離子摻雜時(shí)能量傳遞效率高達(dá)81.6%。同時(shí)我們觀察到在這一基質(zhì)中，Yb3+離子具有非常高的猝滅濃度(40%)，而高猝滅濃度有利于提高材料的發(fā)光強(qiáng)度。此外，我們從基質(zhì)的晶體

8、結(jié)構(gòu)上分析了高猝滅濃度的形成機(jī)理。
　　 第四章中，我們簡單介紹了白光LED照明研究背景以及三種解決方案，并給出了白光LED熒光粉的基本情況和研究進(jìn)展。結(jié)合在紅外量子剪裁研究中對鋁酸鹽材料的研究經(jīng)驗(yàn)，我們探索了其用于白光LED紅粉的可能性。我們利用溶膠凝膠法制備了Eu3+激活的Y2MoO6紅色熒光粉，并研究了不同熱處理溫度下樣品的結(jié)構(gòu)和形貌特征，結(jié)構(gòu)表明熱處理溫度的升高使得樣品粒徑變大。我們還研究了不同Eu3+離子摻雜濃度和熱處

9、理溫度對樣品激發(fā)譜、發(fā)射譜和熒光衰減曲線的影響。由于基質(zhì)電荷遷移態(tài)吸收在250nm到450nm范圍內(nèi)具有強(qiáng)烈吸收，而且存在從基質(zhì)到Eu3+離子的能量傳遞，Eu3+離子的激發(fā)譜中出現(xiàn)了基質(zhì)的特征吸收。熱處理溫度升高時(shí)，樣品激發(fā)譜中的寬帶激發(fā)吸收向長波方向移動(dòng)。熱處理溫度在1200℃以上時(shí)激發(fā)譜中寬帶激發(fā)峰位置不再發(fā)生變化。在研究不同Eu3+離子摻雜濃度對樣品發(fā)光性質(zhì)影響的過程中，我們發(fā)現(xiàn)Eu3+離子在Y2MoO6基質(zhì)中具有較高的猝滅濃度(