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由于稀土离子掺杂的上转换发光材料在荧光粉、太阳能电池、生物荧光标记、色彩显示以及绿色照明等领域具有广泛的应用前景。掺杂稀土离子的纳米空心微球是近年来上转换材料的研究热点之一。
本论文主要主要研究了Er3+，Er3+/Yb3+，Tm3+/Yb3+和Er3+/Yb3+/Tm3+离子掺杂Gd2O3纳米空心微球材料的制备和在室温下的上转换发光现象并分析了其上转换发光机制。同时研究了Er3+/Yb3+掺杂的纳米材料中在加入Li+离子后，发现荧光强度急剧增强，研究了Li+离子对Er3+、Yb3+发光机制的影响。
首先，利用水热法制备了不同Yb3+离子掺杂浓度的Er3+/Yb3+掺杂Gd2O3纳米晶材料，以及不同Tm3+离子掺杂浓度的Tm3+/Yb3+掺杂Gd2O3纳米晶材料。在980nm红外激光激发下，观察到Er3+离子的上转换发光现象，其发光峰值为520nm(2H11/2→4I15/2)和550nm(4S3/2→4I15/2)绿光与峰值为668nm(4I9/2→4I15/2)的红光。Tm3+离子的上转换发光的峰值为475nm(1G4→3H6)的蓝光。根据掺杂浓度比的改变，发现红、绿、蓝光发光光强积分可调。根据功率曲线的分析以及能级匹配条件给出了Er3+/Yb3+，Tm3+/Yb3+能级图并解释了发光机制,520nm,550nm的绿光和668nm的红光荧光发射主要是双光子过程,475nm蓝光的荧光发射主要是三光子过程。
其次，同样利用水热法制备了Er3+/Yb3+/Tm3+掺杂Gd2O3纳米空心微球材料，通过XRD与TEM研究了样品的晶体形态。在980nm红外激光激发下，观察到样品中的上转换发光的峰值为668nm的红光、530nm和550nm的绿光以及475nm的蓝光。通过控制掺杂浓度比，得到了白光输出。
最后，研究了Li+离子掺杂浓度对Er3+/Yb3+共掺样品的上转换发光的影响，红、绿波段的上转换荧光强度随着Li+离子浓度增大而增强，当Li+离子浓度达到2mol％时，达到最强。分析了Li+/Er3+/Yb3+共掺Gd2O3体系的上转换发光机制，发现了Er3+离子在低功率激发时产生了四光子的光子雪崩现象。