【摘要】：在光致發(fā)光能量轉(zhuǎn)換材料的研究領(lǐng)域,稀土離子特殊的電子層結(jié)構(gòu)使其具有覆蓋光譜范圍廣、發(fā)光性質(zhì)好、物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點,因而一直受到研究者們的青睞。但由于稀土摻雜發(fā)光材料涉及的學(xué)科領(lǐng)域眾多,內(nèi)部相關(guān)問題也十分復(fù)雜,盡管前人已經(jīng)做了大量的探索和研究,但要想將其推廣到更多更新的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域,目前尚有許多不足之處以待完善。例如,利用稀土的轉(zhuǎn)光性質(zhì)對太陽光譜進行調(diào)制,以實現(xiàn)太陽能電池的全頻域光伏響應(yīng),目前尚有一些光譜波段區(qū)域的研究不夠深入;稀土離子的光譜特征和發(fā)光效率,也容易受到基質(zhì)材料性能、能量轉(zhuǎn)換機制及晶體場參數(shù)等因素的影響。為了探索和解決這些問題,本論文選取氟化物作為主要切入點,用多種手段進行稀土摻雜合成,并對其進行相應(yīng)的表征和發(fā)光特性的研究,取得了一些初步成果,現(xiàn)就本論文的研究內(nèi)容概述如下:一,合成了Tm~(3+)離子單摻的YF_3磷光體,實現(xiàn)了1150-1300nm紅外波段的上轉(zhuǎn)換發(fā)光,對太陽能電池的全頻域光伏響應(yīng)的研究有重要參考意義。和傳統(tǒng)的Tm~(3+)/Yb~(3+)離子對共摻雜體系比較,此方法使得Tm~(3+)離子脫離了敏化劑Yb~(3+)離子的束縛,避免了發(fā)光過程中Yb~(3+)離子傳遞能量給Tm~(3+)離子的過程,減少了能量損失。同時也研究了紫外激發(fā)下的發(fā)光性質(zhì),展現(xiàn)了材料能夠把高頻段和低頻段的光同時轉(zhuǎn)到中頻段的能力,從而更好地匹配了太陽光在地球表面的實際頻譜分布情況。二,通過濕化學(xué)合成手段制備了納米尺度下的NaYbF_4,實現(xiàn)了納米盤、納米棒兩種形貌的合成。實驗中摻入了敏化劑Gd~(3+)離子,通過調(diào)控其濃度則可以調(diào)節(jié)合成的納米晶的尺寸和形貌。與此同時,樣品的熒光光譜也表明,在上一章內(nèi)容的基礎(chǔ)上,此章實現(xiàn)了更高能光子的發(fā)射,并且敏化劑Gd~(3+)離子的調(diào)控也能使得Tm~(3+)離子的發(fā)光得到調(diào)制和增強,因而實現(xiàn)了單一稀土敏化劑對稀土摻雜氟化物納米材料的尺寸形貌及光譜的聯(lián)合調(diào)制。三,研究了在三元氟化物中摻雜的Tm~(3+)離子的上轉(zhuǎn)換發(fā)光性質(zhì)。在上一章通過Gd~(3+)離子摻雜來調(diào)控Tm~(3+)離子發(fā)光的基礎(chǔ)上,本章通過摻雜堿土金屬Sr~(2+)、Ca~(2+)、Mg~(2+)離子的方式,對Tm~(3+)離子的發(fā)光強度亦有調(diào)制和增,并對此調(diào)制機理進行了理論解釋,主要為摻雜的堿土金屬離子調(diào)節(jié)了基質(zhì)材料的晶胞參數(shù),進而影響了內(nèi)部稀土離子的發(fā)光性質(zhì)。由于此種實驗方法采用了價格低廉的堿土金屬離子為原料,比之昂貴的稀土原料,節(jié)約了成本的同時也達到了增強材料發(fā)光性質(zhì)的目的,為今后大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用提供了一個高性價比的路徑。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O482.31;TQ422;TB383.1
【圖文】：

LaCl3中三價稀土離子的能級圖（Dieke能級圖）

南京航空航天大學(xué)博士學(xué)位論文量子效率也就可以超過 100%了。實現(xiàn)下轉(zhuǎn)換（量子剪裁）的途徑主要分為四種[27-29]：單個稀土離子通過能級躍遷實現(xiàn)，稀土離子對通過彼此之間的交叉弛豫作用實現(xiàn)，稀土離子對通過彼此之間的共振能量傳遞實現(xiàn)，稀土離子對通過彼此之間的交叉弛豫以及共振能量傳遞兩者的共同作用來實現(xiàn)。具體情形如圖 1.2 所示，下面一一說明：

圖 1.3 三類上轉(zhuǎn)換發(fā)光過程（2）能量傳遞上轉(zhuǎn)換，如圖 1.3（b）所示。能量傳遞上轉(zhuǎn)換和上面所說的激發(fā)態(tài)吸收過程類似，只是能量傳遞上轉(zhuǎn)換在更高能級的布居是通過鄰近稀土離子之間的能量傳遞來實現(xiàn)的，并且它可以發(fā)生在同類型稀土離子之間，也可以發(fā)生在不同類型稀土離子所組成的離子對之間。此種模式下，眾多稀土離子都直接吸收來自激發(fā)源的光子 ν1，從基態(tài) G 躍遷到中間激發(fā)態(tài) E1。隨后，鄰近的稀土離子發(fā)生了能量傳遞過程，一個稀土離子通過非輻射的方式，將能量傳遞給另一個稀土離子，前者回到基態(tài) G，而后者得以躍遷到更高的能級態(tài) E2 上。最終處在 E2 態(tài)的稀土離子返回基態(tài) G，輻射光子 ν2。值得一提的是，鄰近稀土離子的距離，將會很大程度上影響該上轉(zhuǎn)換發(fā)光的效率，而這一點在實驗上常常是通過稀土離子的摻雜濃度來調(diào)控的。（3）光子雪崩，如圖 1.3（c）所示。光子雪崩與之前兩個不同，它需要一個高于某個閾值的激發(fā)源強度，即光子能量 ν1需要大于基態(tài) G 與激發(fā)態(tài) E1 之間的能級差，但要匹配激發(fā)態(tài) E1 與激發(fā)態(tài) E2 之間的能級差。此種模式下，稀土離子先通過一個基態(tài)吸收過程布居在 E1 態(tài)，但此過程較弱，因為激發(fā)源的能量與

【參考文獻】

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1 頡茂華;果婕欣;杜鳳蓮;;2014—2020年中國稀土戰(zhàn)略儲備量研究——基于動態(tài)規(guī)劃法視角[J];資源與產(chǎn)業(yè);2014年04期

2 張瑞萍,陳曉波,康洞國;雙頻上轉(zhuǎn)換三維立體顯示實時動態(tài)模擬[J];北京師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2004年01期

本文編號：2746854