Li掺杂的C12A7/Yb/Tm和C12A7/Yb/Mn多晶的上转换性能的研究

• 作 者: 王明
• 出 处: 哈尔滨工业大学
• 发表日期: 2020年02期
• 关键词: C12A7 上转换发光 Li~+离子 Mn2+离子 温度敏感系数

随着对光学材料的需求不断增大,利用上转换原理制备的发光材料在很多领域都表现出独特的优点。然而,上转换发光材料具有较低的转换效率及较低的光色纯度,限制其在太阳能电池领域和光学显示等领域上的应用。本论文利用Li⁺和Mn²⁺对C12A7/Yb/Tm材料的光色和强度进行调控,拓宽稀土离子掺杂上转换发光材料的应用范围。探究Li⁺/Yb³⁺/Tm³⁺/C12A7和Mn²⁺/Yb³⁺C12A7的最优合成参数,通过热重曲线、XRD物相分析及上转换发光测试,确定预烧温度739℃,烧结温度1100℃,烧结时间5 h。获得了具有良好上转换发光性能的材料。研究不同的稀土离子和Li⁺掺杂浓度对发光性能的影响,确定最佳的掺杂浓度为:8 mol%的Yb³⁺、1 mol%的Tm³⁺和5 mol%的Li⁺。分析了Li⁺的掺杂增强发光性能的机理,研究了猝灭离子(OH^-和CO₃^2-)对发光的影响,通过寿命计算出Yb³⁺的能量传递效率得到了显著的提高,并获得光色较纯和强度较高的上转换蓝色光输出。通过研究激发功率和温度对Li⁺/Yb³⁺/Tm³⁺/C12A7上转换发光强度影响,确定上转换发光过程,蓝光:¹G₄→³H₆,红光:¹G₄→³F₄。结合荧光强度比技术,探究了温度和上转换发光之间的关系,并计算出Li⁺掺杂后,材料的温度敏感系数为0.233%K^-1,相对于其他Tm³⁺离子掺杂的基质材料,这一温度敏感系数有了较大提高。利用Mn²⁺的发光特点来弥补稀土离子发光的不足,成功的实现了对光色的调节和高强度的白光输出。研究Mn²⁺掺杂后的上转换发光机理,其中橙色光来源于Mn²⁺的⁴T₁（⁴G）能级退激发,蓝光来源于Yb³⁺的虚拟能级退激发。并计算出Mn²⁺的掺杂浓度为1.0 mol%时,Mn²⁺/Yb³⁺C12A7的寿命,为2514.8μs,已达到了毫秒级别,说明该材料在光色调节的方面有较大的应用潜能。