NaGdF4-Er3+納米顆粒發(fā)光和溫度特性研究.pdf

1、稀土發(fā)光材料是發(fā)光材料界的主流，稀土元素因其獨(dú)特的電子層結(jié)構(gòu)，具有發(fā)光譜線窄、壽命長、發(fā)光覆蓋范圍廣的特點(diǎn)，在發(fā)光材料領(lǐng)域處于主導(dǎo)地位。在工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究以及日常生活中，溫度測(cè)試與控制都占據(jù)重要地位，隨著納米技術(shù)和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的高速發(fā)展，人們對(duì)溫度探測(cè)提出了更高的要求。近年來，研究人員將稀土摻雜納米發(fā)光材料應(yīng)用于溫度傳感領(lǐng)域，取得了顯著的成果。與傳統(tǒng)溫度傳感器相比，光學(xué)溫度傳感器具有非接觸，高靈敏度，高精度的優(yōu)點(diǎn)。在光學(xué)溫度傳感器中，

2、基于熒光強(qiáng)度比(FIR)的溫度傳感技術(shù)對(duì)測(cè)溫條件依賴較小，不受熒光損失，激光光源強(qiáng)度波動(dòng)等因素影響，被認(rèn)為是一種很有應(yīng)用前景的熒光溫度傳感器。本論文基于NaGdF4∶Er3+納米顆粒的發(fā)光性能開展研究，利用Er3+發(fā)射峰的熒光強(qiáng)度比來進(jìn)行溫度傳感，探究了影響其發(fā)光性能和溫敏性能的主要因素。主要內(nèi)容包括以下三個(gè)方面:
　　(1)采用共沉淀法和溶劑熱法制備了六方相的NaGdF4∶Er3+納米顆粒。共沉淀法制備的納米顆粒分散性好、顆粒均

3、勻，粒徑平均尺寸在15nm左右，溶劑熱法制備的NaGdF4∶Er3+納米顆粒形貌不規(guī)則，出現(xiàn)輕微的團(tuán)聚現(xiàn)象。對(duì)納米顆粒進(jìn)行光譜測(cè)試，測(cè)試結(jié)果均呈現(xiàn)出Er3+的特征發(fā)射峰，在不同的測(cè)試溫度下Er3+的4S3/2和2H11/2熱耦合能級(jí)對(duì)應(yīng)的發(fā)射峰存在明顯的溫度依賴性，對(duì)Er3+熱耦合能級(jí)熒光強(qiáng)度比的測(cè)溫機(jī)理進(jìn)行了分析。
　　(2)探究不同的Er3+摻雜濃度對(duì)溶劑熱法制備的NaGdF4∶Er3+納米顆粒的發(fā)光性能與溫敏性能的影響。Er

4、3+摻雜濃度在1％-5％時(shí)，發(fā)光強(qiáng)度隨濃度增大逐漸增強(qiáng)，摻雜濃度大于5％時(shí)，出現(xiàn)濃度猝滅現(xiàn)象，因此熒光最強(qiáng)的Er3+摻雜濃度為5％。測(cè)試了Er3+不同摻雜濃度在283K-353K時(shí)的變溫?zé)晒夤庾V，結(jié)果顯示溫敏特性的變化趨勢(shì)不與熒光強(qiáng)度直接相關(guān)，相對(duì)靈敏度最佳為NaGdF4∶3％Er3+納米顆粒，達(dá)到1.32％K-1(283K)。分析了造成這一現(xiàn)象的原因是由于Er3+的2H11/2→4I15/2發(fā)射光譜帶與4I15/2→2H11/2吸收譜

5、帶重合，使得Er3+重吸收隨摻雜濃度的增加而增大，從而造成了熒光強(qiáng)度最強(qiáng)的NaGdF4∶5％Er3+納米顆粒的相對(duì)靈敏度并非最高。
　　(3)探究了核殼包覆對(duì)共沉淀法制備的NaGdF4∶Er3+納米顆粒發(fā)光性能和溫敏性能的影響。將共沉淀發(fā)制備的NaGdF4∶3％Er3+納米顆粒作為核心，在其表面包覆不同厚度的NaGdF4殼層，能夠有效減少表面缺陷、空位等對(duì)發(fā)光中心的影響，熒光強(qiáng)度顯著增強(qiáng)。包覆比為1∶4時(shí)，相對(duì)于1∶2包覆的納米顆