氟氧化物玻璃陶瓷中微晶結構及其上轉換發(fā)光性質研究.pdf

1、玻璃陶瓷(又稱微晶玻璃)類材料即指同時具有晶態(tài)和非晶態(tài)物質特征的一類材料，是通過各種工藝條件使基礎玻璃中形成均勻分布的微小晶體而產(chǎn)生的。上轉換現(xiàn)象研究發(fā)展至今，氟氧化物玻璃陶瓷是其發(fā)展歷史上一個轉折點，這種材料結合了氧化物玻璃的機械強度高、化學穩(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，又避害去輕的使雙方的缺點降低到最小。氟氧化物玻璃陶瓷之所以要比氟氧化物玻璃的上轉換效率提高兩個數(shù)量級是因為稀土離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是提高整體上轉換效率以及關系到上轉換效果的關鍵步驟。本論文就氟氧化物中氟化物微晶的化學配比、結構以及稀土離子的發(fā)光機理等問題進行了深入的研究，并利用Judd-Ofelt理論和轉移函數(shù)理論對實驗結果進行了理論上的數(shù)值計算表證，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，在基質中形成氟化物納米微晶，研究了在氟化物中化學劑量比對其上轉換發(fā)光的影響，得出PbF<,2>／Cd

3、F<,2>=lO:40時，上轉換發(fā)光效率最大。這一數(shù)值和文獻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，提出了微晶結構模型為面心立方的Pb<,x>Cd<,1-x>F<,2>結構，分析了不同的研究者報道中微晶結構模型異同的原因，材料在較低的溫度進行熱處理的時候，微晶的結構應當主要是以核化溫度較低的PbF<,2>結構為主，但是這種結構下稀土離子的發(fā)光效果不好；當在較高的熱處理溫度進行熱處理時，微

4、晶的結構主要是Pb<,x>Cd<,1-x>F<,2>結構，在這種結構下，材料中稀土離子晶場的變化會使發(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，并用實驗論證了紅色上轉換熒光的產(chǎn)生過程是一種三光子泵浦的放出聲子的能量剪裁過程。4．利用Judd-Ofelt理論對氟氧化物玻璃陶瓷的基本光學參數(shù)進行了計算。J-O理

5、論的計算結果與實驗結果能夠相互吻合，用晶體場參數(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。討論了微晶化學劑量比的變化對于稀土 離子發(fā)光的影響趨勢。5．利用轉移函數(shù)的方法在數(shù)學上模擬了上轉換發(fā)光的過程，在氟氧化 物玻璃陶瓷中，綠色上轉換熒光的過程是一個雙光子激發(fā)態(tài)吸收過 程；紅色上轉換熒光的過程與我們提出的PQC模型相一致。同時利 用得出的結果在理論上預測了材料的改進