光學溫度傳感器用稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料制備及光譜性質(zhì)研究.pdf

1、近年來，利用光學性質(zhì)與溫度的關系，稀土離子(Ln3+)共摻雜上轉(zhuǎn)換(UC)發(fā)光材料應用于溫度傳感器備受關注。相比于傳統(tǒng)測溫計如玻璃溫度計、熱電偶溫度計、半導體溫度計，光學溫度傳感器具有非接觸、靈敏度較高的優(yōu)點。三價稀土Er3+離子因其具有兩個相鄰熱偶能級2H11/2和4S3/2產(chǎn)生的綠光上轉(zhuǎn)換發(fā)射而被廣泛關注。本論文采用不同合成方法制備了不同基質(zhì)的稀土摻雜上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料，運用熒光強度比(FIR)技術研究了Er3+離子在不同基質(zhì)內(nèi)的發(fā)光及

2、其變溫熒光性質(zhì)。
　　采用微波水熱法制備不同Yb3+(Er3+)摻雜濃度的Lu2Ti2O7:Yb3+/Er3+(LTO:Yb3+/Er3+)納米熒光粉。通過研究樣品的發(fā)光強度與摻雜濃度的依賴性，結(jié)果表明達到最強的綠光上轉(zhuǎn)換發(fā)射時的最佳摻雜濃度為12 at%Yb3+/2.0 at%Er3+。在溫度測試范圍為298-573 K內(nèi)，研究了980 nm激發(fā)下發(fā)射中心位于523 nm和545 nm這兩個綠光上轉(zhuǎn)換發(fā)射帶的熒光強度比(FIR)

3、的溫度特性，結(jié)果得到樣品的靈敏度在溫度為536 K時達到最大值約為31.30?10-4 K-1。這表明LTO:Yb3+/Er3+納米熒光粉在光學溫度傳感器方面具有潛在應用。
　　采用水熱法合成不同 Yb3+(12-24 at%)和 Er3+(1-10 at%)摻雜濃度的NaGd(WO4)2:Yb3+/Er3+(NGW:Yb3+/Er3+)微晶熒光粉。利用光致發(fā)光(PL)分析了最強的上轉(zhuǎn)換發(fā)射對應Er3+和Yb3+的摻雜濃度。濃度依

4、賴性研究表明，達到最強的的綠光上轉(zhuǎn)換發(fā)光時的最佳摻雜濃度為20 at%Yb3+/6 at%Er3+。在980 nm激發(fā)下，研究了發(fā)射中心位于532 nm和554 nm兩個綠光上轉(zhuǎn)換發(fā)射帶的熒光強度比(FIR)的溫度特性，發(fā)現(xiàn)在453 K處獲得最大靈敏度約為114.96?10-4 K-1。結(jié)果表明NGW:Yb3+/Er3+微晶熒光粉可潛在應用于光學溫度傳感器。
　　通過微波水熱法制備了具有不同Yb3+(Er3+)摻雜濃度的Yb3+/

5、Er3+/Y3+三摻立方相ZrO2(簡稱為YSZ:Yb/Er)單色紅光上轉(zhuǎn)換納米熒光粉。使用X射線衍射(XRD)，透射電子顯微鏡(TEM)和光致發(fā)光光譜來表征YSZ:Yb/Er納米熒光粉的性質(zhì)。濃度依賴研究表明獲取單色最強紅光發(fā)射的最佳摻雜濃度是15 at%Yb3+/1 at%Er3+。通過熒光強度比技術將發(fā)射中心位于655 nm和679 nm(4F9/2→4I15/2的Stark能級劈裂)處的兩個明顯的衍射峰用于光學測溫。結(jié)果顯示樣品

6、的靈敏度在37 K達到最大值約為81.50×10-4 K-1。此外，樣品產(chǎn)生近紅外發(fā)射(1529 nm，Er3+4I13/2→4I15/2)。所有結(jié)果表明YSZ:Yb/Er納米熒光粉在生物標記材料和溫度傳感材料方面具有潛在應用。
　　采用溶膠-凝膠法合成Gd2TiO5:Yb3+/Er3+(簡稱為GTO:Yb/Er)熒光粉，通過改變Yb3+離子摻雜濃度實現(xiàn)上轉(zhuǎn)換發(fā)光顏色可調(diào)，并分別對不同Yb3+離子摻雜的GTO:Yb/Er熒光粉發(fā)射