【摘 要】
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稀土上转换发光材料具有光稳定性强、发射带宰、发光寿命长、低激发能等特点,使其在太阳能电池、显示与照明、生物成像等领域具有潜在的应用前景。KLaF4是优良的上转换发光基
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稀土上转换发光材料具有光稳定性强、发射带宰、发光寿命长、低激发能等特点,使其在太阳能电池、显示与照明、生物成像等领域具有潜在的应用前景。KLaF4是优良的上转换发光基质材料之一。本文采用水热法制备A13+或Na+离子掺杂的KLaF4:Er3+/Yb3+纳米晶,研究碱金属离子掺杂对材料性能的影响。在此基础上,制备银(金)/氧化锌/上转换薄膜复合结构,研究了氧化锌介电层厚度对薄膜上转换性能的影响。利用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、红外光谱仪(FT-IR)、紫外可见近红外分光光度计(UV-Vis-NIR)以及荧光光谱仪(PL)等相关测试手段,获得以下主要研究成果:1、研究了碱金属离子掺杂对纳米晶物相、形貌和红外光谱的影响。结果表明:A13+和Na+掺杂浓度在一定范围内,均未改变KLaF4:Er3+/Yb3+的物相结构,但使晶粒大小发生变化;另外碱金属离子掺杂使KLaF4:Er3+/Yb3+纳米晶表面吸附的有机基团减少。2、与未掺杂纳米晶相比,在掺杂A13+或Na+离子后,KLaF4:Er3+/Yb3+纳米晶的上转换发光性能及荧光寿命都有所增强。对于掺Na+15%的纳米晶,红绿光发射强度最大增强分别达到7.3和5.2倍,且红光寿命提高至0.286 ms;而掺A13+纳米晶在掺杂浓度为10%时,红绿光发射强度最大增强分别为7.3和5.9倍,红绿光寿命分别从最初的0.413 ms和0.104 ms提高至0.477 ms和0.136 ms。光谱增强主要归因于掺杂使Er3+离子的晶场对称性降低以及纳米晶表面吸附的有机基团的减少。3、在上转换薄膜复合结构的研究中发现,ZnO厚度可以调节上转换发光强度。对于银/氧化锌/上转换薄膜复合结构,在ZnO厚度为15 nm时,红光最大增强倍数可达18.6倍,红光衰减曲线满足单指数拟合,最长可达到约0.318 ms;对于金/氧化锌/上转换薄膜复合结构,ZnO厚度为10 nm时红绿光增强倍数分别为6倍和16倍,红绿光寿命最大分别为0.305 ms和0.170 ms,发光及寿命的增强主要归因于贵金属薄膜和上转换材料之间的等离子耦合效应引起的。总之,本文采用碱金属离子掺杂提高了 KLaF4:Er3+/Yb3+纳米晶的发光强度,为制备具有较高转换效率的太阳电池提供了一定参考。
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