镱激活的红外下转换材料的制备与发光性质研究

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论文包括四章。第一章是绪论部分,介绍了论文研究领域的基础知识和研究的相关背景知识。第二章到第四章是关于近红外量子剪裁材料的研究内容,包括Yb3+掺杂CaMoO4纳米粉末材料发光性质的研究,以及碱金属离子掺杂对材料发光性质的影响和分析。   论文的第一章为绪论部分,论述了本文研究内容的背景以及一些基本知识,包括量子剪裁材料的研究背景和进展。   首先给出了稀土发光材料研究的一些热点,然后讨论了光致发光的基本原理和稀土离子发光原理,最后介绍了红外量子剪裁现象和水热合成法、溶胶—凝胶制备方法。   在论文的主体部分中,首先在第二章开始部分介绍了基质材料CaMoO4的结构和发光性质。然后在第二章到第四章详细讨论了CaMoO4:Yb3+、CaMoO4:Yb3+、Li+和CaMoO4:Yb3+,Li+、Na+、K+的制备、表征及其发光性质。主要研究内容和结果如下:   1.分别用水热法和溶胶凝胶方法制备了不同掺杂浓度的CaMoO4:Yb3+纳米粉末材料。在266nm紫外光激发下,观察到峰值位于998nm的很强的近红外发射,源于Yb3+的2F5/2—2F7/2禁戒跃迁。监测998nm的发射,得到了一个波长位置在200—350nm宽带激发谱,谱峰位于270nm左右。可能是源于基质内部跃迁或者是Yb3+—O2—电荷迁移带的跃迁。为此,我们不仅做了一些简单的理论计算,还进行了大量的实验研究。首先测量了该材料的漫反射谱随掺杂Yb3+离子浓度的变化,并将其与参考材料CaMoO4:Lu3+的漫反射谱进行比较,两个材料漫反射谱随Yb3+离子浓度的相同变化趋势表明可能存在着基质基团MoO42—到Yb3+离子的能量传递。材料的室温和低温的激发和发射谱,红外和可见发光强度随Yb3+离子浓度的变化,以及可见部分495 nm荧光衰减变化规律等,都证实了该激发峰源于基质CaMoO4本身MoO42—基团的内部跃迁,排除了Yb3+—O2—电荷迁移带跃迁的可能性。基质吸收的一个紫外光子可以通过共合作能量传递过程将能量有效地传给临近的两个Yb3+离子,使之分别发射出两个红外光子。通过理论计算得到的下转换效率在掺杂Yb3+离子浓度为15%时高达182%,而且Yb3+的猝灭浓度很高,高达10mol%。因而,该材料是一种很有潜在用于提高Si太阳能电池效率的量子剪裁材料,能够将太阳光中Si太阳能电池不能吸收的紫外光转换成其能吸收的禁带宽度附近的998nm红外光。   2.用溶胶凝胶方法制备了Li+、Yb3+共掺的CaMoO4纳米粉末材料。研究了Li+离子浓度对CaMoO4:Yb3+纳米粉末材料的Yb3+近红外发光强度和红外下转换效率的影响。
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