氟氧鎢硅酸鹽玻璃的制備和上轉(zhuǎn)換發(fā)光性能研究.pdf

1、稀土離子摻雜的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料在全固態(tài)激光器、三維顯示設備、近紅外光子探測、高功率的上轉(zhuǎn)換激光器和納米尺寸的生物探針方面有著廣泛的用途。Er3+-Yb3+離子共摻的材料被認為是最有可能實現(xiàn)上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料在實際中的應用。另一方面，兼具氟化物低聲子能量和氧化物穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的氟氧玻璃是實現(xiàn)高效上轉(zhuǎn)換發(fā)光的理想基質(zhì)。
　　 本文在回顧稀土離子摻雜氟氧玻璃上轉(zhuǎn)換發(fā)光的研究現(xiàn)狀和發(fā)展應用的基礎(chǔ)上，制備氟氧鎢硅酸鹽玻璃、稀土離子摻雜氟氧鎢硅酸鹽玻璃

2、和稀土離子摻雜氟氧鎢酸鹽微晶玻璃。并用吸收.透射光譜、發(fā)射光譜、拉曼光譜、紅外光譜、差熱分析、同步熱分析、X射線衍射等手段研究了上述玻璃和微晶玻璃的結(jié)構(gòu)和發(fā)光性能。主要結(jié)果如下：
　　 采用高溫熔融-退火方法，在1550℃熔融配合料2h，隨后在620℃退火2h，制備了氟氧鎢酸鹽玻璃和Er3+-Yb3+離子共摻的氟氧鎢酸鹽玻璃。發(fā)現(xiàn)這種Er3+-Yb3+離子共摻的玻璃具有強烈的紅、綠光上轉(zhuǎn)換發(fā)射。研究結(jié)果表明，Er3+離子摻雜濃度

3、對上轉(zhuǎn)換發(fā)射強度有顯著影響：隨著Er3+離子摻雜濃度從0.5 mol％到1.5 mol％上轉(zhuǎn)換發(fā)射強度逐漸增強，而當摻雜濃度達3mol％時，出現(xiàn)了顯著的熒光猝滅現(xiàn)象。同時紅外光譜OH基團的研究表明，熒光猝滅是由Er3+離子摻雜濃度增加引起的。
　　 研究了玻璃的網(wǎng)絡形成體和修飾體組分對玻璃結(jié)構(gòu)及其發(fā)光性能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當網(wǎng)絡形成體氧化鍺逐漸取代氧化硅后，拉曼峰強度也依次增強，且當氧化鍺完全取代氧化硅達50mol％時，拉曼峰強

4、度最強。這主要歸因于二氧化鍺的玻璃網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)較二氧化硅的松散，當二氧化鍺取代量增多時，其原子間的距離增大，從而改變其偶極矩，使拉曼強度增強。同時發(fā)現(xiàn)隨著氧化鍺逐漸取代氧化硅，上轉(zhuǎn)換發(fā)光強度增強。這是由于當二氧化鍺取代量增多時，玻璃網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)更松散，這有利于稀土離子的在玻璃網(wǎng)絡中分布更均勻，而且鍺酸鹽玻璃更低的聲子能量也是引起上轉(zhuǎn)換發(fā)射強度增強的原因。另一方面，當原料中以CaWO4代替氧化鎢時，拉曼強度和發(fā)光強度均增強，可能的原因是由于修飾體

5、[WO6]八面體成分增加，使得玻璃結(jié)構(gòu)松散，在鎢酸鈣和氧化鎢比例為2.5:7.5時，拉曼峰強度和發(fā)射峰均最強。
　　 通過對氟氧鎢硅酸鹽玻璃進行熱處理得到微晶玻璃，研究了微晶化行為對稀土離子摻雜氟氧鎢硅酸鹽玻璃結(jié)構(gòu)和上轉(zhuǎn)換發(fā)光性能的影響。對Er3+離子濃度為1.5 mol％的氟氧鎢硅酸鹽玻璃在720℃～760℃進行了2h到6h熱處理，結(jié)果表明，在740℃熱處理2h～6h后得到了同時含有WO3、Al12W和TiO2晶體的微晶玻璃；