【摘 要】
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碲酸盐玻璃是一种声子能量低、折射率高、稀土离子溶解度高、物理化学稳定性好的上转换发光基质材料。本文围绕TeO_2-BaF_2/BaCO_3-REF_3(RE=La,Gd,Y)体系玻璃(TBRE/TBCY),采用传统熔体冷却法,制备了一系列Yb3+/Er3+共掺的具有良好上转换发光性能的碲酸盐玻璃。系统研究了TeO_2-BaF_2-REF_3玻璃的物理性能、热性能、光学性能及光温敏感特性等。此外,还
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碲酸盐玻璃是一种声子能量低、折射率高、稀土离子溶解度高、物理化学稳定性好的上转换发光基质材料。本文围绕TeO2-BaF2/BaCO3-REF3(RE=La,Gd,Y)体系玻璃(TBRE/TBCY),采用传统熔体冷却法,制备了一系列Yb3+/Er3+共掺的具有良好上转换发光性能的碲酸盐玻璃。系统研究了TeO2-BaF2-REF3玻璃的物理性能、热性能、光学性能及光温敏感特性等。此外,还探索了TeO2-BaF2/BaCO3-YF3体系玻璃的晶化性能。通过优化热处理工艺及调控组分的手段分别在TBY和TBCY15样品中成功制备了含Y2Te6O15纳米晶的透明玻璃陶瓷。具体研究内容包括以下几个方面:(1)碲酸盐玻璃的制备、物性与热稳定性。使用传统熔体冷却法制备了Yb3+/Er3+共掺TeO2-BaF2/BaCO3-REF3体系碲酸盐玻璃。测试分析了碲酸盐玻璃的密度和折射率。通过DSC和热膨胀曲线对比研究了它们的热性能。在TBRE体系玻璃中,TBL具有最大的折射率以及最好的热稳定性。(2)吸收光谱与J-O理论分析。根据吸收光谱,使用J-O理论计算了碲酸盐玻璃的J-O强度参数,并进一步计算了对应发射能级的自发辐射跃迁概率,荧光分支比,辐射寿命。与其他经典玻璃相比,碲酸盐玻璃具有更大的Ω2值,表明碲酸盐玻璃中Er3+周围环境的共价性更强。(3)荧光发射、荧光衰减与上转换发光性能,包括:(1)激发光谱。测试了碲酸盐玻璃的激发光谱,确定了不同波长激发光对碲酸盐玻璃绿光及红光发射的贡献程度。(2)荧光发射光谱。在UV(380 nm)和NIR(980 nm)两种激发模式下,测试了碲酸盐玻璃的发射光谱。发现两种激发模式下,碲酸盐玻璃均能发出强烈的绿光。此外,NIR激发模式下样品的红光发射强度占比较UC模式显著提高。尤其是TBG样品,在NIR激发源下,较另外两种碲酸盐玻璃(TBL,TBY)具有最强的上转换发光积分强度。(3)荧光衰减。测试了碲酸盐玻璃4F9/2,4S3/2和2H11/2能级的荧光衰减曲线。计算了Er3+对应发射能级的寿命,上转换发光的能量传递效率与荧光量子效率,计算结果表明,碲酸盐玻璃具有良好的上转换发光性能。(4)上转换发光与能量传递机制。在980 nm光源激发下,基于上转换发光强度与泵浦功率的依赖关系,讨论了碲酸盐玻璃及其玻璃陶瓷可能的上转换发光机制。所有样品的上转换发光机制均为双光子能量传递过程。(4)UV和NIR两种激发模式下的荧光温敏特性。基于荧光强度比(FIR)技术,研究了碲酸盐玻璃中Er3+的2H11/2和4S3/2热耦合能级上转换绿光发射强度比与温度的依赖关系。三种碲酸盐玻璃在两种激发模式下均表现出良好的温敏特性,在T=548K623K时,达到最大绝对灵敏度Smax为6.57–6.84×10-33 K-1,在室温下(298 K)的相对灵敏度Sr为1.25–1.28%K-1。(5)碲酸盐玻璃的晶化特性探索。探索研究了透明碲酸盐玻璃陶瓷的制备工艺,通过优化热处理工艺和调控组分,分别在TBY和TBCY15中成功制备了透明碲酸盐玻璃陶瓷。通过XRD和TEM表征了玻璃陶瓷内晶体的物相与微观形貌,确认析出晶相为Y2Te6O15。两种透明玻璃陶瓷的上转换发光性能较前驱体玻璃均有所提高。本论文研究获得的镱铒共掺碲酸盐玻璃及其透明玻璃陶瓷材料在照明、显示、太阳能电池及荧光测温等领域具有潜在的应用价值,研究结果也为探索新型稀土掺杂碲酸盐玻璃的制备、晶化、性能与应用提供了参考。
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