论文部分内容阅读
作为一种重要的光电功能材料,稀土离子掺杂的NaYF4在生物标记、近红外探测、固体激光器等领域有着广泛的应用前景。根据Judd-Ofelt理论,稀土离子的上转换性能与其所处的局部晶体场环境密切相关。此外,上转换性能与基质材料的晶型有很大关系,如六方相NaYF4比立方相NaYF4的声子能量更低而具有更高的上转换发光效率。因此本论文以NaYF4为基质材料,采用非稀土离子与稀土离子共掺杂,调制激活剂离子所处的晶体场,促进NaYF4由立方向六方的晶相转变,以提高离子共掺杂NaYF4材料的上转换发光性能。本工作通过水热法,分别合成了多种非稀土离子共掺杂的NaYF4:Yb3+, Er3+上转换荧光粉,通过X射线粉末衍射、场发射扫描电镜、高分辨电子显微镜、吸收光谱和荧光光谱等手段,系统的研究了共掺杂离子引起的NaYF4的晶型与晶体结构的变化以及它们对上转换发光机制的影响。取得的主要研究如下:(1)采用水热法合成出Sn共掺杂六方相NaYF4:Yb3+, Er3+,研究了Sn共掺杂对发光性能及荧光衰减时间常数的影响。结果表明,Sn离子在产物中表现出不同的价态,可以通过调整不同的Sn共掺浓度从而调制稀土离子晶体场局部对称性。当Sn离子共掺摩尔浓度为3%时Er3+所处的晶体场不对称性最大,上转换发光强度最高,而衰减时间减少。(2)采用水热法制备出In3+共掺杂的NaYF4:Yb3+, Er3+,研究了In3+对NaYF4的相转变以及六方相NaYF4的上转换发光性能的影响。结果表明随着In3+掺杂量的增加,立方相NaYF4的晶格畸变不断加剧且促进由立方相向六方相在转变。对于六方相NaYF4,其上转换发光强度随着In3+含量的提高不断增强并当In3+含量为3%时达到最大值。(3)采用同样方法分别合成出Zr4+VHf4+共掺杂的NaYF4:Yb3+, Er3+上转换发光材料,研究了Zr4+/Hf4+共掺杂对上转换发光性能的影响。此外,还尝试通过硬模板法合成介孔NaYF4材料。以介孔Si02为模板合成有序介孔碳,再以有序介孔碳为模板尝试合成介孔NaYF4材料。本文中,我们探索了共掺杂离子对NaYF4结构的影响以及材料结构变化与上转换发光性能的关系,有利于设计和制造高性能的上转换发光材料。