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稀土掺杂NaYF_4纳米晶的制备及上转换发光性能

作　者: 夏霏霏
导　师: 俞泽民
学　校: 哈尔滨理工大学
专　业: 材料学
关键词: NaYF4 水热法纳米晶上转换发光
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

上转换材料主要是掺稀土元素的固体化合物,利用稀土元素的亚稳态能级特性,可以吸收多个低能量的长波辐射,经过光子加和后发出高能的短波辐射,从而可使人眼看不见的红外光变为可见光。氟化物因其禁带宽度大,短波侧吸收边波长短,声子能量小,红外吸收边波长长,所以氟化物作为上转换发光材料发光效率高。因此氟化物基质材料使研究者们很关注,特别是六方相NaYF₄是目前人们发现的最有效的上转换纳米材料。本文考察了烘干温度、烘干时间、Y₂O₃的掺量对纳米晶结构的影响。以NaYF₄作为上转换基质材料,探讨了在980nm激光器激发下稀土掺杂NaYF₄的上转换发光特性,掺杂稀土元素不同、Ho³⁺离子浓度对其上转换发光的影响,并且研究了8-羟基喹啉的掺杂对NaYF₄:Ho³⁺/Yb³⁺和NaYF₄:Ho³⁺/Yb³⁺/Er³⁺具发光的影响。本论文制备NaYF₄为基质的上转换发光材料,采用水热法制备了纯NaYF₄纳米晶,NaYF₄:Ho³⁺/Yb³⁺和NaYF₄:Yb³⁺/Ho³⁺/Er³⁺纳米晶,还用8-羟基喹啉模板试剂制备NaYF₄:Ho³⁺/Yb³⁺和NaYF₄:Ho³⁺/Yb³⁺/Er³⁺样品。利用通过X射线衍射、能谱、扫描电镜及透射电镜对纯NaYF₄、NaYF₄:Ho³⁺/Yb³⁺和NaYF₄:Ho³⁺/Yb³⁺/Er³⁺纳米晶进行表征。结果表明纯NaYF₄样品大多是粒径较大的球形颗粒,直径约为80nm,有团聚现象,随着合成时间的加长,晶粒长大,保温24小时长成纳米棒。在NaYF₄:Ho³⁺/Yb³⁺样品中可以明显的观察到有许多直径在50nm颗粒,与纯NaYF₄相比较,颗粒非常细小,粒径比较均匀,样品颗粒形态多呈圆球形或椭球形。在常温下选用中心波长为980nm、最大输出功率500mW二极管激光器作激发光源测定样品的上转换发光性能,结果显示:在NaYF₄:Ho³⁺/Yb³⁺样品的上转换荧光光谱中观察到543nm绿光和648nm红光,且绿光的发射强度约是红光的3倍。在NaYF₄:Ho³⁺/Yb³⁺/Er³⁺样品的上转换荧光光谱中观察到543nm绿光和662nm红光,且绿光的强度约是红光强度的1.5倍。用8-羟基喹啉模板试剂制备的NaYF₄:Ho³⁺/Yb³⁺和NaYF₄:Ho³⁺/Yb³⁺/Er³⁺的上转换荧光光谱中观察到,8-羟基喹啉对绿光没有影响,能够使红光的波长移动。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-11
第1章绪论  11-16
  1.1 课题研究背景及意义  11-12
  1.2 稀土掺杂NaYF_4 上转换发光材料简介  12
  1.3 上转换发光材料应用概述  12-14
    1.3.1 红外防伪  12-13
    1.3.2 电子俘获光储存器  13
    1.3.3 生物传感器和生物芯片  13-14
  1.4 NaYF_4 发光材料研究进展及改性  14-15
  1.5 本文主要研究内容  15-16
第2章试验原理与方法  16-26
  2.1 试验原理  16-20
    2.1.1 激发态吸收  16-17
    2.1.2 能量传递  17-19
    2.1.3 光子雪崩  19-20
  2.2 试验材料及仪器  20-21
    2.2.1 原材料  20
    2.2.2 试验仪器  20-21
  2.3 试样的制备及试验方案  21-24
    2.3.1 试样的制备  21-23
    2.3.2 试验方案  23-24
  2.4 结构分析  24
  2.5 微观形貌观察  24
  2.6 上转换发光性能测试  24-25
  2.7 本章小结  25-26
第3章 NaYF_4及其掺杂样品的合成与表征  26-41
  3.1 NaYF_4 及其掺杂样品的合成  26-29
  3.2 微观形貌观察  29-32
  3.3 上转换发光分析  32-40
    3.3.1 Ho~(3+)浓度对NaYF_4:Ho~(3+)/Yb~(3+)上转换发光的影响  32-35
    3.3.2 Yb~(3+)浓度对NaYF_4:Ho~(3+)/Yb~(3+)上转换发光的影响  35-37
    3.3.3 合成时间对NaYF_4:Ho~(3+)/Yb~(3+)上转换发光的影响  37
    3.3.4 Ho~(3+)浓度对NaYF_4:Ho~(3+)/Yb~(3+)/Er~(3+)上转换发光的影响  37-40
  3.4 本章小结  40-41
第4章模板试剂法制备NaYF_4与表征  41-46
  4.1 模板试剂制备NaYF_4:Ho~(3+)/Yb~(3+)的XRD 结果  41
  4.2 模板试剂制备的NaYF_4:Ho~(3+)/Yb~(3+)上转换发光性能  41-43
  4.3 模板试剂制备NaYF_4:Ho~(3+)/Yb~(3+)/Er~(3+)的XRD 结果  43-44
  4.4 模板试剂制备的NaYF_4:Ho~(3+)/Yb~(3+)/Er~(3+)上转换发光性能  44-45
  4.5 本章小结  45-46
结论  46-47
参考文献  47-51
攻读硕士学位期间发表的学术论文  51-52
致谢  52

稀土掺杂NaYF_4纳米晶的制备及上转换发光性能

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