【摘 要】
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稀土离子掺杂无机发光材料发光带窄,发光颜色可调,色纯度较高等,在信息显示、照明光源、光电器件以及生物医学等领域获得了广泛应用。铋基氧化物材料具有无毒、成本低、X射线衰减能力强以及铋离子独特的能级结构和电子结构等特点,正成为国内外学者的研究焦点。由于Bi3+和稀土离子离子半径和化合价相似,通过掺杂稀土离子使得铋基氧化物成为理想的发光材料基质。因此,稀土离子掺杂的铋基氧化物发光材料的研究掀起了研究热潮
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稀土离子掺杂无机发光材料发光带窄,发光颜色可调,色纯度较高等,在信息显示、照明光源、光电器件以及生物医学等领域获得了广泛应用。铋基氧化物材料具有无毒、成本低、X射线衰减能力强以及铋离子独特的能级结构和电子结构等特点,正成为国内外学者的研究焦点。由于Bi3+和稀土离子离子半径和化合价相似,通过掺杂稀土离子使得铋基氧化物成为理想的发光材料基质。因此,稀土离子掺杂的铋基氧化物发光材料的研究掀起了研究热潮。基于此,本论文主要围绕稀土离子掺杂铋基氧化物的合成、微观结构、发光性能以及应用探索方面展开研究,主要研究内容和结果包括以下几个方面:（1）通过水热合成法并结合高温热处理制备了 BiGdO3:Yb3+,Er3+上转换发光纳米球,所制备的纳米球为均匀分布的单分散球形,粒径在50 nm左右。当样品受到980 nm近红外激光激发,展现出强烈的红色上转换发光。详细研究了在改变水热反应条件、煅烧温度以及Yb3+掺杂浓度等条件下,样品的晶体结构、上转换发光性能的变化。在980 nm近红外激光激发下,随着Yb3+掺杂浓度逐渐增加到15%,675 nm处的红色上转换发光强度逐渐增强,随着Yb3+掺杂浓度继续升高,由于浓度淬灭效应,红色上转换发光强度急剧降低。BiGdO3:Yb3+,Er3+纳米球在进行柠檬酸盐包覆后,水溶性得到了提高,有利于其在生物医学方面的应用。（2）通过高温固相法合成BaBiO2Cl:Yb3+,Ln3+（Ln=Er,Ho,Tm）发光材料,通过调节Yb3+掺杂浓度,研究了样品上转换发光性能的变化规律。BaBiO2Cl:Yb3+,Er3+在980 nm近红外激光激发下,观察到随着Yb3+掺杂浓度逐渐增加到5%,红色上转换发光强度逐渐增强,随着Yb3+掺杂浓度继续升高,红色上转换发光强度出现降低,得到最佳的Yb3+掺杂浓度为5%。BaBiO2Cl基质可以被紫外灯激发产生白光发射,而且掺杂Yb3+-Ln3+上转换离子对后,BaBiO2Cl:Yb3+,Ln3还可以在980 nm近红外光激发下产生强烈的上转换发光。利用不同光源激发下BaBiO2Cl:Yb3+,Ln3+材料的不同发光特性,进行了信息防伪应用探索。通过高温固相法合成SrBiO2Cl:Yb3+,Er3+和CaBiO2Cl:Yb3+,Er3+发光材料,在980 nm激光激发下,SrBiO2Cl:Yb3+,Er3+显示出明亮的红色上转换发光。而对于CaBiO2Cl:Yb3+,Er3+样品,随着Yb3+浓度增加,发光颜色逐渐由绿色调谐为黄色。利用CaBiO2Cl:0.005Yb3+,0.02Er3+样品中Er3+的2H11/2和4S3/2热耦合能级进行光学测温,测试两个绿色峰强度之比 FIR 随温度变化,在 303-573 K 范围内,CaBiO2Cl:0.005Yb3+,0.02Er3+样品的绝对灵敏度Sa在573 K达到最大,为7.49×10-3,相对灵敏度Sr在303 K处获得最大值为11.05×10-3。（3）通过高温固相法成功合成BiOCl:Nd3+发光材料,在587 nm光激发下,显示出多个发射带,位于 800-830nm、870-920nm、1060-1085 nm 和 1342-1378 nm 处的发射峰分别对应 Nd3+的 4F5/2→4I9/2、4F3/2→4I9/2、4F3/2→4I11/2和4F3/2→41 13/2 能级跃迁。随着Nd3+浓度逐渐增加,各发射峰的强度都逐渐增加,在Nd3+浓度达到3%mol时,样品的发光强度达到最大。利用BiOCl:0.03Nd3+样品进行光学测温应用,在303-573 K的宽温度范围内进行测试,Sa值在303 K达到最大,绝对灵敏度为0.796×10-3。随着温度逐渐升高,相对灵敏度Sr逐渐降低,并在303 K处获得Sr最大值为0.706×10-3。
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