稀土摻雜釔氧化物的發(fā)光性能研究.pdf

1、國內(nèi)圖書分類號：O433.4學(xué)校代碼：10213國際圖書分類號：535密級：公開理學(xué)博士學(xué)位論文理學(xué)博士學(xué)位論文稀土摻雜釔氧化物的發(fā)光性能研究博士研究生：楊明珠導(dǎo)師：呂天全教授副導(dǎo)師：隋郁教授申請學(xué)位：理學(xué)博士學(xué)科：光學(xué)所在單位：物理系答辯日期：2010年10月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)摘要摘要稀土離子具有許多優(yōu)點，如豐富的能級、較長的能級壽命、穩(wěn)定的物理化學(xué)性能等。近年來，稀土發(fā)光材料已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于激光器、通信、色彩顯示、防偽、生

2、物醫(yī)療等領(lǐng)域，并逐漸向其他高技術(shù)領(lǐng)域擴(kuò)展。稀土離子的發(fā)射光譜主要是4fN組態(tài)內(nèi)能級間電偶極躍遷而產(chǎn)生的線狀光譜，而根據(jù)躍遷選擇定則4fN組態(tài)內(nèi)的電偶極躍遷是禁戒的，稀土離子的輻射躍遷幾率很低。同時，受到基質(zhì)材料聲子能量和表面缺陷等因素的影響，在稀土離子躍遷過程中很難避免無輻射躍遷過程的發(fā)生。因此，稀土發(fā)光材料的發(fā)光效率較低一直是其應(yīng)用方面的難題。本文以具有優(yōu)良光學(xué)性能和物化性能的釔氧化物為基質(zhì)材料，選取其中具有代表性的Y2O3和Y3Al

3、5O12為研究對象。采用沉淀法、水熱法、微波法和溶膠凝膠法制備了Eu3:Y2O3、Bi3Er3:Y2O3和LiEr3:Y3Al5O12粉體，從影響稀土發(fā)光材料發(fā)光效率的物理機制入手來探索提高發(fā)光效率的方法。通過不同的化學(xué)合成方法制得了不同形貌的Eu3:Y2O3納米晶，揭示了Eu3:Y2O3納米晶的生長機制。結(jié)合激發(fā)光譜、發(fā)射光譜、紅外光譜以及熒光壽命測試結(jié)果探討了Eu3:Y2O3納米晶不同微觀形貌對其表面態(tài)及光學(xué)性能的影響。通過水熱法和

4、微波法制得具有高結(jié)晶度的Eu3:Y2O3納米晶，表面缺陷的減少使得能級間的無輻射躍遷幾率降低，熒光強度增強。此外，微波法可以有效地提高Eu3:Y2O3納米晶的合成效率。微波反應(yīng)200℃、10min制得樣品的發(fā)光強度與水熱法180℃、12h制得樣品的發(fā)光強度相當(dāng)。以Bi3離子為摻雜離子，Er3離子為激活離子，采用溶膠凝膠法制備了Bi3Er3:Y2O3粉體。討論了在紫外激發(fā)和紅外激發(fā)下Bi3離子摻雜濃度對Er3離子發(fā)光行為的影響；同時，分析

5、了Bi3離子摻雜對Er3離子2H1124S32能級猝滅濃度的影響。研究結(jié)果表明，紫外激發(fā)下Er3離子發(fā)光強度的增強（最強達(dá)42倍）來源于Bi3離子對Er3離子的敏化作用；而紅外激發(fā)下Er3離子發(fā)光強度的增強則是由于Bi3離子的摻雜提高了Er3離子的輻射躍遷幾率。此外，Bi3離子的引入減弱了近鄰Er3離子之間的相互作用，使Er3離子2H1124S32能級的猝滅濃度提高了2mol%。摻雜Bi3離子不僅能夠在紫外激發(fā)下對Er3離子實現(xiàn)敏化作用