稀土掺杂Gd基上转换荧光粉体的制备与发光性能研究.pdf

文档介绍：烟台大学
硕士学位论文
稀土掺杂Gd基上转换荧光粉体的制备与发光性能研究
姓名:葛如
申请学位级别:硕士
专业:材料学
指导教师:秦连杰
2011-06
烟台大学硕士学位论文
摘要
上转换发光材料是在长波长激发下,发出短波长的一种发光材料。它们大多
属于稀土掺杂的无机材料。稀土离子掺杂的上转换发光材料在三维立体显示、红
外辐射探测、商标激光防伪等领域有着广泛的应用前景,近年来已成为国内外发
光材料的研究热点。
稀土 Er3+离子具有丰富的能级结构,并且容易通过其它离子的敏化作用而提高
上转换发光效率。加入敏化剂实现敏化发光是提高上转换发光效率的一种有效方
法。Yb3+离子具有独特的双能级结构,能敏化 Er3+离子,是一种很好的敏化剂,从
而能极大提高其上转换发光效率。
氧化钆(Gd2O3)和钆铝氧化物(Gd3Al5O12)由于具有优异的物理化学性质和稳定
的立方晶体结构,作为基质材料在发光材料领域具有良好的应用前景。基于此,
本论文选择 Gd2O3 和 Gd3Al5O12 两种钆基氧化物作为研究对象,用热重-示差扫描
量热分析(TG-DSC)、X 射线粉末衍射分析(XRD)、红外光谱分析(FTIR)、扫描分析
(SEM)和上转换荧光光谱分析等方法,系统研究了 Er3+、Yb3+稀土离子掺杂体系的
制备与光谱性能。
3+ 3+ 3+
采用共沉淀法制备了 Er 单掺杂以及 Er /Yb 双掺杂的 Gd2O3 粉体,研究了
煅烧温度对发光材料的结构、形貌、尺寸以及上转换发光特性的影响。结果表明:
获得的粉体结构均为单一的立方相结构,随着煅烧温度的升高,结晶度越来越高,
红、绿上转换发射都增强。同时证明了 Yb3+的掺入能够大大提高粉体的上转换发
3+ 3+
光效率;同时揭示了 Er /Yb 共掺杂 Gd2O3 粉体的上转换发光机制,指出绿色和
红色上转换发光均为双光子上转换吸收过程。
3+ 3+
采用改进的共沉淀法制备了 Er /Yb 双掺杂 Gd2O3 粉体,即:向溶液中添加
了一定量的乙醇,研究了煅烧温度、溶剂对稀土掺杂 Gd2O3 粉体的结构、形貌及
上转换发光特性的影响。结果表明:采用此方法制得的粉体为单一的立方相结构,
通过 SEM 照片观察:当 900ºC 煅烧后,粉体颗粒分散性良好,粒度均一,尺寸在
I
烟台大学硕士学位论文
2µm 左右,形貌呈规则的齿形。随着煅烧温度的升高,颗粒形貌呈松散的薄片状。
从上转换发光光谱图上可以看出:添加乙醇以后,样品的主发射为红色上转换发
射,而未添加乙醇制得的样品的主发射为绿色上转换发射,且在同一温度下煅烧,
添加乙醇制备的样品的上转换发光强度相比之下要高得多。
3+ 3+
采用共沉淀法制备了 Er /Yb 双掺杂 Gd3Al5O12 粉体,研究了煅烧温度、沉淀
剂的浓度对稀土掺杂 Gd3Al5O12 粉体的结构、形貌及上转换发光特性的影响。结果
表明:当碳酸氢铵与金属总离子的摩尔浓度比值为 7 时,在较低的煅烧温度和较
3+ 3+
短的煅烧时间下(1100ºC ,2h)即可获得石榴石型结构的 Gd3Al5O12:Er /Yb 粉体;
3+ 3+
同时,荧光光谱分析也表明,在该条件下获得的 Gd3Al5O12:Er /Yb 粉体在 980nm
半导体激光器(LD)激发下获得的发光性能最好。

3+ 3+
关键词:Gd2O3,Gd3Al5O12,上转换发光,共沉淀法,Er /Yb





II
烟台大学硕士学位论文
Abstract
Up-conversion luminescence materials are one kind of light-emitting materials with
the feature that emitting short wavelength photons after excited with long wavelength
photons. Most of them are rare earth doped materials. These up-conversion
luminescence materials have been intensively studied due to their potential applications
in many fields, such as three-dimensional displays, infrared radiation detectors, and
laser anti-