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温度与极化对PSZT上转换发光性能的影响

作　者: 刘志锴
导　师: 陈向群
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 上转换发光 锆钛酸锶铅 陶瓷 温度 极化
分类号: O482.31
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


上转换发光材料在三维显示,红外探测器,温度传感器和荧光标记等领域有广泛应用前景。上转换发光材料的发光性能受掺杂稀土离子的种类、浓度和基体晶体场变化的影响,温度和极化能使上转换发光材料基体的晶体场发生变化,因此研究温度和极化对上转换发光材料发光性能的影响对上转换发光材料的研究具有重要的意义。本文以固相法和高分子网络法制备稀土离子掺杂锆钛酸铅（PZT）和锆钛酸锶铅（PSZT）,研究不同种类稀土离子和浓度对上转换发光材料发光性能的影响,以及不同温度和极化条件下上转换发光材料发光性能的变化。采用XRD和SEM表征掺杂稀土离子PZT和PSZT的结构与形貌,研究发现PZT和PSZT的粉体和陶瓷均是钙钛矿结构。在980nm二极管激光器激发下,对稀土掺杂PZT粉体与陶瓷的上转化发光谱研究发现,Er掺杂的PZT发射525,550nm绿光,对应于Er3+中2H11/2、4S3/2能级到基态4I15/2的电子跃迁。Er3+-Yb3+共掺杂的PZT主要发射650nm红光,对应于Er3+中4F9/2能级到基态4I15/2能级的电子跃迁。在PSZT中进行了稀土元素的掺杂,与稀土掺杂的PZT样品一样,掺入Er3+的PSZT发绿光,掺入Er3+-Yb3+的PSZT发红光,尝试在PSZT中进行Tm3+-Yb3+掺杂,发现Tm3+-Yb3+掺杂的PSZT粉体与陶瓷主要发蓝光,对应于Tm3+中1G4到基态3H6的能级跃迁。对PSZT陶瓷进行了变温条件下的上转换发光测试,发现随着温度的升高,上转换发光光强逐渐减弱。通过建立光强与温度的关系评价了稀土掺杂PSZT陶瓷对温度的敏感特性。在极化条件下进行的PSZT陶瓷上转换发光测试显示,当电场低于矫顽场时对发光强度没有影响,当电场超过矫顽场时,外加电场会使上转换发光强度降低。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-21
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  9
  1.2 上转换发光材料研究进展  9-17
    1.2.1 稀土元素的特点  11-12
    1.2.2 上转换发光机制  12-16
    1.2.3 稀土离子掺杂材料上转换发光的应用  16-17
  1.3 PZT 系上转换发光基质材料  17-19
  1.4 主要研究内容  19-21
第2章 实验材料及研究方法  21-26
  2.1 实验材料  21-22
  2.2 实验组分设计  22
  2.3 实验方案  22-24
  2.4 性能测试及分析方法  24-26
    2.4.1 PZT/PSZT 的XRD 物相分析  24
    2.4.2 PZT/PSZT 陶瓷的SEM 形貌分析  24-25
    2.4.3 上转换发光光谱分析  25-26
第3章 稀土掺杂PZT 上转换发光性能  26-39
  3.1 不同稀土元素掺杂上转换发光性能  26-28
  3.2 液相法与固相法制得PZT 上转换发光性能  28-31
  3.3 PZT 粉体与陶瓷上转换发光性能  31-33
  3.4 变温条件下PZT 陶瓷上转换发光特性  33-35
  3.5 PZT 薄膜的上转换发光  35-37
  3.6 本章小结  37-39
第4章 稀土掺杂PSZT 上转换发光性能  39-55
  4.1 PSZT：Er~(3+)的上转换发光性能  39-44
    4.1.1 Er~(3+)单掺杂PSZT 的结构与形貌  39-41
    4.1.2 Er~(3+)单掺杂PSZT 上转换光谱分析  41-43
    4.1.3 Er~(3+)单掺杂PSZT 的上转换机理  43-44
  4.2 Er~(3+)/Yb~(3+)共掺杂PSZT 的上转换发光性能  44-50
    4.2.1 Er~(3+)/Yb~(3+)共掺杂的结构与形貌  44-46
    4.2.2 Er~(3+)/Yb~(3+)共掺杂PSZT 的上转换光谱分析  46-48
    4.2.3 Er~(3+)/Yb~(3+)共掺杂PSZT 的上转换机理  48-50
  4.3 Tm~(3+)/Yb~(3+)共掺杂PSZT 上转换性能  50-54
    4.3.1 Tm~(3+)/Yb~(3+)共掺杂PSZT 结构与形貌  50-52
    4.3.2 Tm~(3+)/Yb~(3+)共掺杂PSZT 上转换光谱  52-53
    4.3.3 Tm~(3+)/Yb~(3+)共掺杂PSZT 上转换机理  53-54
  4.4 本章小结  54-55
第5章 温度与极化对PSZT 陶瓷上转换发光性能影响  55-71
  5.1 温度对PSZT 陶瓷上转换发光性能的影响  55-67
  5.2 极化对PSZT 陶瓷的上转换发光性能的影响  67-70
  5.3 本章小结  70-71
结论  71-72
参考文献  72-77
致谢  77

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 固体物理学 > 固体性质 > 光学性质 > 发光学
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