氟氧化物玻璃陶瓷中微晶結(jié)構(gòu)及其上轉(zhuǎn)換發(fā)光性質(zhì)研究.pdf

1、玻璃陶瓷(又稱微晶玻璃)類材料即指同時(shí)具有晶態(tài)和非晶態(tài)物質(zhì)特征的一類材料，是通過(guò)各種工藝條件使基礎(chǔ)玻璃中形成均勻分布的微小晶體而產(chǎn)生的。上轉(zhuǎn)換現(xiàn)象研究發(fā)展至今，氟氧化物玻璃陶瓷是其發(fā)展歷史上一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，這種材料結(jié)合了氧化物玻璃的機(jī)械強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性好以及氟化物中稀土離子發(fā)光效率高，易加工等優(yōu)點(diǎn)，又避害去輕的使雙方的缺點(diǎn)降低到最小。氟氧化物玻璃陶瓷之所以要比氟氧化物玻璃的上轉(zhuǎn)換效率提高兩個(gè)數(shù)量級(jí)是因?yàn)橄⊥岭x子溶解在氟化物的納米微晶中，所

2、以在氟氧化物玻璃陶瓷中氟化物微晶的性質(zhì)是提高整體上轉(zhuǎn)換效率以及關(guān)系到上轉(zhuǎn)換效果的關(guān)鍵步驟。本論文就氟氧化物中氟化物微晶的化學(xué)配比、結(jié)構(gòu)以及稀土離子的發(fā)光機(jī)理等問(wèn)題進(jìn)行了深入的研究，并利用Judd-Ofelt理論和轉(zhuǎn)移函數(shù)理論對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了理論上的數(shù)值計(jì)算表證，主要工作如下：1．在硅鋁酸鹽氟氧化物玻璃中利用熱處理使其在保持未失透的情況下，在基質(zhì)中形成氟化物納米微晶，研究了在氟化物中化學(xué)劑量比對(duì)其上轉(zhuǎn)換發(fā)光的影響，得出PbF<,2>／Cd

3、F<,2>=lO:40時(shí)，上轉(zhuǎn)換發(fā)光效率最大。這一數(shù)值和文獻(xiàn)中研究者通常所使用材料的配比并不同。 2．利用X射線衍射、差熱分析以及發(fā)光光譜研究手段，提出了微晶結(jié)構(gòu)模型為面心立方的Pb<,x>Cd<,1-x>F<,2>結(jié)構(gòu)，分析了不同的研究者報(bào)道中微晶結(jié)構(gòu)模型異同的原因，材料在較低的溫度進(jìn)行熱處理的時(shí)候，微晶的結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)主要是以核化溫度較低的PbF<,2>結(jié)構(gòu)為主，但是這種結(jié)構(gòu)下稀土離子的發(fā)光效果不好；當(dāng)在較高的熱處理溫度進(jìn)行熱處理時(shí)，微

4、晶的結(jié)構(gòu)主要是Pb<,x>Cd<,1-x>F<,2>結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)下，材料中稀土離子晶場(chǎng)的變化會(huì)使發(fā)光效率大為提高。 3．首次在氟氧化物玻璃陶瓷的紅色上轉(zhuǎn)換熒光的研究中提出了聲子協(xié)助的能量剪裁(Phonon-assisted Quantum Cutting，PQC)模型，并用實(shí)驗(yàn)論證了紅色上轉(zhuǎn)換熒光的產(chǎn)生過(guò)程是一種三光子泵浦的放出聲子的能量剪裁過(guò)程。4．利用Judd-Ofelt理論對(duì)氟氧化物玻璃陶瓷的基本光學(xué)參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算。J-O理

5、論的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果能夠相互吻合，用晶體場(chǎng)參數(shù)Ω<,2>、Ω<,4>、Ω<,6>在玻璃和玻璃陶瓷樣品中數(shù)值的變化表證了稀土離 子摻入到了氟化物微晶中。討論了微晶化學(xué)劑量比的變化對(duì)于稀土 離子發(fā)光的影響趨勢(shì)。5．利用轉(zhuǎn)移函數(shù)的方法在數(shù)學(xué)上模擬了上轉(zhuǎn)換發(fā)光的過(guò)程，在氟氧化 物玻璃陶瓷中，綠色上轉(zhuǎn)換熒光的過(guò)程是一個(gè)雙光子激發(fā)態(tài)吸收過(guò) 程；紅色上轉(zhuǎn)換熒光的過(guò)程與我們提出的PQC模型相一致。同時(shí)利 用得出的結(jié)果在理論上預(yù)測(cè)了材料的改進(jìn)