Li+增強(qiáng)稀土離子熒光現(xiàn)象及機(jī)制研究.pdf

1、稀土離子具有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，在紫外-可見-紅外范圍內(nèi)都有豐富的能級，并且這些能級都具有較長的能級壽命，因此稀土離子非常適合作為上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料。近年來，大量文章報道了稀土離子摻雜材料的上轉(zhuǎn)換發(fā)光現(xiàn)象、熒光產(chǎn)生機(jī)制和潛在應(yīng)用。稀土離子摻雜材料的上轉(zhuǎn)換發(fā)光現(xiàn)象有很大的應(yīng)用價值，可以應(yīng)用在許多方面：小型的固態(tài)激光器、信息處理、光存儲、色彩顯示、三維顯示、溫度測量和生物熒光標(biāo)識等等。本論文主要研究Li+與稀土離子共摻氧化物納米晶的制備和室溫上轉(zhuǎn)換

2、發(fā)光現(xiàn)象。我們發(fā)現(xiàn)了摻入Li+后，稀土離子上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度得到極大增強(qiáng)，并對熒光增強(qiáng)的機(jī)制進(jìn)行了研究。論文主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下：
　　以溶膠凝膠法制備出Er3+摻雜ZnO，Li+/Er3+共摻ZnO，Li+/Er3+/Yb3+共摻ZnO納米晶材料。在976nm激光激發(fā)下觀測到Er3+離子的上轉(zhuǎn)換光發(fā)，并且發(fā)現(xiàn)在Li+摻入后，Er3+的上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度有極大增強(qiáng)（最強(qiáng)達(dá)50倍）。提出Li+是一種很好的Er3+離子熒光增強(qiáng)劑。接著又研究

3、了Li+對其它稀土離子熒光增強(qiáng)現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)在Li+摻入后，各種稀土離子的上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度均有較大增強(qiáng)。由此提出Li+是一種很好的稀土離子熒光增強(qiáng)劑。
　　稀土離子的可見光發(fā)射為其4f電子間躍遷所致，而4f電子間躍遷幾率受稀土離子所處局域晶場影響，局域晶場不對稱性越大，4f電子間躍遷幾率越大。為了研究Li+摻入后對稀土離子局域結(jié)構(gòu)的影響，我們以X射線精細(xì)吸收譜研究Li+/Er3+共摻ZnO納米晶材料中Li+對Er3+離子局域結(jié)構(gòu)的影響，

4、發(fā)現(xiàn)Li+摻入后Er-O和Er-Er鍵的鍵長和配位數(shù)均出現(xiàn)變化，即稀土離子所處的局域晶場不對稱性增大，因此4f電子間躍遷幾率增大。在隨后實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)用J-O理論分析Li+對Er3+離子吸收截面及輻射系數(shù)的影響，發(fā)現(xiàn)摻入Li+后Er3+離子各能級的吸收系數(shù)及輻射系數(shù)都增大，這是4f電子間躍遷幾率增大的直觀表現(xiàn)。
　　Li+摻入后基質(zhì)的聲子能量沒有任何變化，但樣品的表面缺陷態(tài)(OH根離子)急劇減少，OH根離子具有較大的聲子能量，它能極大

5、地增加能級間的多聲子馳豫，因此OH根離子減少后能級間的多聲子馳豫減弱，這是上轉(zhuǎn)換熒光增強(qiáng)的原因之一。
　　研究Er3+摻Y(jié)2O3和Li+/Er3+共摻Y(jié)2O3納米晶材料的熒光強(qiáng)度隨溫度變化關(guān)系。以多聲子弛豫模型和速率方程擬合實(shí)驗(yàn)曲線，結(jié)果顯示Er3+離子各近鄰能級間以多聲子馳豫過程為主，輻射躍遷相對多聲子馳豫過程可以忽略。摻入Li+后，Er3+離子鄰近能級間的多聲子馳豫幾率減小，因此上轉(zhuǎn)換熒光增強(qiáng)。
　　制備出Er3+/Tm