近年來,稀土摻雜的鐵電材料由于同時(shí)具有良好的鐵電性能和發(fā)光性能而備受人們關(guān)注。在眾多鐵電體中,鉍基鐵電材料化學(xué)穩(wěn)定性好且聲子能量相對(duì)較低,因此是一類重要的發(fā)光基質(zhì)。然而以往研究主要關(guān)注電學(xué)性能,對(duì)其發(fā)光性能,尤其是光物理潛在應(yīng)用的研究相對(duì)較少。本文主要通過檸檬酸-EDTA法與高溫固相反應(yīng)法合成一系列鉍基材料,對(duì)其發(fā)光性能進(jìn)行了詳細(xì)的分析,并探索了其在探溫、光熱與光開關(guān)等方面的潛在應(yīng)用。主要研究?jī)?nèi)容分以下5個(gè)部分:（1）采用檸檬酸-EDTA法成功合成了系列SrBi_4-x-yEr_xYb_yTi₄O₁₅上轉(zhuǎn)換納米顆粒,對(duì)其微結(jié)構(gòu)與上轉(zhuǎn)換發(fā)光性能進(jìn)行了表征與分析,研究了可見光區(qū)的探溫性能,材料展現(xiàn)出較高的探溫靈敏度與優(yōu)異的光熱效應(yīng)。（2）通過檸檬酸-EDTA法制備了系列SrBi_3.7-xTm_xYb_0.3Ti₄O₁₅納米顆粒,表征了其物相結(jié)構(gòu)和微觀形貌。研究了材料在近紅外區(qū)域的探溫... 

【文章來源】：中國民航大學(xué)天津市

【文章頁數(shù)】：92 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

上轉(zhuǎn)換發(fā)光示意圖

中國民航大學(xué)碩士學(xué)位論文4圖1-2三價(jià)稀土離子4fN組態(tài)能級(jí)圖[18]1.2.2上轉(zhuǎn)換發(fā)光機(jī)制對(duì)于稀土離子上轉(zhuǎn)換發(fā)光機(jī)理而言，一般來說可以歸結(jié)為以下五種：激發(fā)態(tài)吸收、能量傳遞上轉(zhuǎn)換、光子雪崩過程、合作敏化上轉(zhuǎn)換、能量遷移上轉(zhuǎn)換[19]。(1)激發(fā)態(tài)吸收激發(fā)態(tài)吸收過程(Excitedstateabsorption,ESA)，通常發(fā)生在單稀土離子摻雜的材料體系內(nèi)。如圖1-3所示，稀土離子基態(tài)上的電子從外界吸收能量后，從基態(tài)躍遷至中間態(tài)。而后電子繼續(xù)吸收能量，從中間態(tài)躍遷至能量更高的激發(fā)態(tài)上，最后躍遷回基態(tài)而發(fā)光[20]。從以上過程可以看出，如若離子想要進(jìn)行ESA上轉(zhuǎn)換發(fā)光，那么該離子必須存在穩(wěn)定的中間態(tài)能級(jí)，并且較大的吸收截面和較強(qiáng)的激發(fā)光功率有利于該過程的進(jìn)行。另一方面，當(dāng)稀土離子的摻雜濃度過大時(shí)，由于非輻射弛豫和交叉弛豫過程的存在，會(huì)導(dǎo)致ESA過程減弱。

中國民航大學(xué)碩士學(xué)位論文5圖1-3激發(fā)態(tài)吸收過程示意圖(2)能量傳遞上轉(zhuǎn)換與激發(fā)態(tài)吸收過程有所區(qū)別，能量傳遞上轉(zhuǎn)換(Energytransferupconversion,ETU)通常發(fā)生在不同稀土離子摻雜的材料體系內(nèi)(圖1-4)。一般把進(jìn)行發(fā)光的稀土離子稱為激活劑，把進(jìn)行能量吸收和傳遞的稀土離子稱為敏化劑。首先在外界環(huán)境的作用下，敏化劑中的電子吸收能量從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，而后電子重新躍遷回基態(tài)同時(shí)將能量傳遞給鄰近的激活劑離子，最后激活劑離子逐步吸收能量進(jìn)行上轉(zhuǎn)換發(fā)光。由于激活劑和敏化劑的能級(jí)差較為接近，因此在聲子的輔助作用下可以進(jìn)行能量傳遞。并且由于敏化劑離子對(duì)光子的吸收截面較大，這就導(dǎo)致ETU過程是一種非常高效的上轉(zhuǎn)換發(fā)光過程。圖1-4能量傳遞上轉(zhuǎn)換過程示意圖(3)光子雪崩過程光子雪崩過程(Photonavalanche,PA)簡(jiǎn)單來說是激發(fā)態(tài)吸收和交叉弛豫共同作用的結(jié)果(圖1-5)。我們需要明白在此過程中，離子基態(tài)能級(jí)(E1)和中間態(tài)能級(jí)(E2)的能級(jí)差與激發(fā)光光子的能量不符，而中間態(tài)能級(jí)(E2)和高能量激發(fā)態(tài)能級(jí)(E3)的能級(jí)差與激發(fā)光光子的能量相符。首先經(jīng)過激發(fā)態(tài)吸收過程，E2能級(jí)上的電子躍遷到E3能級(jí)上。接下來，E3能級(jí)上的電子和鄰近離子E1能級(jí)上的電子經(jīng)過交叉弛豫過程后，一起躍遷到E2能級(jí)上去(E1+E3→E2)。隨著能量吸收的進(jìn)行，E2能級(jí)上的電子越來越多，因此得名光子雪崩。而后由于離子對(duì)激發(fā)光子的吸收截面不會(huì)改變，E2能級(jí)上的電子會(huì)躍遷到E3能級(jí)上去，最終輻射回基態(tài)發(fā)光。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于光致變色效應(yīng)的BaMgSiO4:Bi3+陶瓷的發(fā)光性質(zhì)調(diào)控及信息的可逆寫入、擦除和讀出研究（英文）[J]. 任友濤,楊正文,王悅輝,李明駿,邱建備,宋志國,余杰,Asad Ullah,Imran Khan.  Science China Materials. 2020(04)



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