本文關(guān)鍵詞：稀土摻雜含氟化物納米微晶玻璃的制備、結(jié)構(gòu)和光學(xué)溫度傳感研究

  更多相關(guān)文章： 稀土離子 上轉(zhuǎn)換發(fā)光 氧氟微晶玻璃 溫度傳感

【摘要】：光電子學(xué)的發(fā)展使得光學(xué)材料在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中得到了越來(lái)越廣泛的運(yùn)用,因此急需新型的光學(xué)材料滿足日益增長(zhǎng)的需求。近些年基于熒光強(qiáng)度比的溫度傳感器因其操作簡(jiǎn)單、高效、準(zhǔn)確度和精確度高等特點(diǎn)而備受關(guān)注。微晶玻璃不光具備氧化物高機(jī)械強(qiáng)度的物理性能和穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì),又兼具了氟化物納米晶體能提供稀土離子低聲子能量的特點(diǎn),很好地滿足了新型光電子材料的要求而成為研究熱門。在特定設(shè)計(jì)的玻璃組分中65SiO_2 14.5B_2O_3 11.5Na_2O (9 x)BaF_(2 x)LuF_3(x=0,1,2,3)成功地制備了一種新型的含Ba_xLu_(1-x)F_(2+x)氟氧微晶玻璃。值得注意的是,通過(guò)調(diào)節(jié)組分LuF_3和BaF_2的比例,實(shí)現(xiàn)了微晶相從BaF_2到Ba_xLu_(1-x)F_(2+x)的可控調(diào)節(jié)。通過(guò)傅里葉變換紅外光譜(FTIR)、X-Ray衍射圖譜和透射電子顯微鏡(TEM)分析了相應(yīng)的析晶機(jī)理。在Eu~(~(3+))的發(fā)射和熒光壽命光譜中,表現(xiàn)出的發(fā)光光譜的增強(qiáng)、Stark劈裂的增強(qiáng)以及熒光壽命的增長(zhǎng)都說(shuō)明了Eu~(~(3+))富集到了微晶玻璃析出的氟化物晶體中。特別地,隨著LuF_3取代BaF_2比例的增加,更多的Eu~(~(3+))富集到了Ba_(1-x)Lu_xF_(2+x)的晶格中。這提供了一種在微晶玻璃中調(diào)控稀土離子分布的新策略,以期能提高稀土離子的發(fā)光效率。利用熒光強(qiáng)度比技術(shù),深入探究了共摻Er~(~(3+))/Yb~(~(3+))的含Ba_(1-x)Lu_xF_(2+x)的氟氧微晶玻璃的光學(xué)溫度傳感特性。首次在特定設(shè)計(jì)的玻璃組分SiO_2 Al_2O_3 AlF_3 Na_2O NaF Lu_2O_3成功制備了一種新型的含Na_5Lu_9F_(32)的氟氧微晶玻璃,結(jié)合熒光強(qiáng)度比和Er/Yb共摻體系深入探索了該材料的光學(xué)溫度傳感特性。通過(guò)XRD、TEM/HRTEM等手段證實(shí)了該晶相的合成,并觀察了形貌和微觀結(jié)構(gòu)。在有效地提高稀土離子的上轉(zhuǎn)換發(fā)光效率的同時(shí),通過(guò)控制變量的方法,深入研究了不同的熱處理制度、不同的稀土離子摻雜濃度比例、不同的泵浦光源功率等等對(duì)最終光學(xué)溫度傳感靈敏度的影響。最終在700℃熱處理2小時(shí)、Er~(3+)/Yb~(3+)摻雜濃度比為0.1/0.8mol%和0.167W/cm2的超低功率密度的條件下獲得了具有較高靈敏度(0.0074K?1)的微晶玻璃。低功率、高上轉(zhuǎn)換發(fā)光效率、高靈敏度很好地滿足了光學(xué)溫度傳感器用材料的特點(diǎn)。通過(guò)高溫熔融61SiO_2 (10-x)Al_2O_3 (14+x)Na_2O 7NaF 7.9YF_3氟氧玻璃組分,成功地實(shí)現(xiàn)了NaYF_4微晶玻璃的制備。通過(guò)組分的調(diào)節(jié),XRD衍射圖譜分析得到了NaYF_4從立方相到六方相的轉(zhuǎn)變過(guò)程。后續(xù)的TEM和STEM晶格條紋的變化及元素的分布圖進(jìn)一步證明了這個(gè)觀點(diǎn)。相關(guān)的物理性能測(cè)試包括CTE、密度等等揭示了相應(yīng)的玻璃結(jié)構(gòu)的變化,發(fā)現(xiàn)Na/Y比例的增加、玻璃結(jié)構(gòu)松散利于離子遷移的特點(diǎn)促進(jìn)了相轉(zhuǎn)變的發(fā)生。之后的Eu~(3+)的激發(fā)和發(fā)射光譜、Er~(3+)的上轉(zhuǎn)換發(fā)光光譜也說(shuō)明了六方相的NaYF_4有利于發(fā)光效率的提高,且具有多格位、低對(duì)稱性的特點(diǎn),使得六方相的NaYF_4的微晶玻璃具有更高的溫度傳感靈敏度。
【關(guān)鍵詞】：稀土離子 上轉(zhuǎn)換發(fā)光 氧氟微晶玻璃 溫度傳感
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)計(jì)量大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ171.733
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-8
• Abstract8-15
• 1 緒論15-37
• 1.1 引言15-16
• 1.2 稀土離子的光譜學(xué)特性16-23
• 1.2.1 稀土元素簡(jiǎn)介16-18
• 1.2.2 稀土元素的光譜理論18-19
• 1.2.3 稀土離子的激發(fā)和能量傳遞19-23
• 1.3 上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料23-29
• 1.3.1 上轉(zhuǎn)換發(fā)光23-27
• 1.3.2 稀土離子上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料研究歷史和現(xiàn)狀27-29
• 1.4 透明氟氧化物微晶玻璃29-32
• 1.4.1 微晶玻璃的簡(jiǎn)介29
• 1.4.2 微晶玻璃的制備29-30
• 1.4.3 微晶玻璃的特點(diǎn)30-31
• 1.4.4 稀土摻雜微晶玻璃的研究進(jìn)展31-32
• 1.5 溫度傳感器32-33
• 1.5.1 溫度穿傳感器的簡(jiǎn)介32
• 1.5.2 光纖溫度傳感器的研究現(xiàn)狀32-33
• 1.6 本文的工作33-37
• 1.6.1 本文的研究目的和意義33-34
• 1.6.2 本文的研究?jī)?nèi)容34-37
• 2 實(shí)驗(yàn)制備過(guò)程與方法37-43
• 2.1 實(shí)驗(yàn)制備用原料和儀器37-38
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)制備用原料37
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器37-38
• 2.2 設(shè)計(jì)玻璃組分38
• 2.3 制備玻璃的方法和工藝38-39
• 2.4 測(cè)試與分析39-43
• 2.4.1 差熱分析39-40
• 2.4.2 XRD分析測(cè)試40
• 2.4.3 電子透射顯微鏡40-41
• 2.4.4 熱膨脹分析測(cè)試41
• 2.4.5 熒光光譜分析41
• 2.4.6 FTIR光譜分析41
• 2.4.7 溫度傳感特性測(cè)試41-43
• 3 稀土摻雜含Ba_(1-x)Lu_xF_(2+x)氟氧微晶玻璃的制備、物化和光學(xué)性能研究43-57
• 3.1 Ba_(1-x)Lu_xF_(2+x):透明氟氧微晶玻璃的制備43-44
• 3.2 Ba_(1-x)Lu_xF_(2+x)透明氟氧微晶玻璃的物化性能44-50
• 3.3 Ba_(1-x)Lu_xF_(2+x):Eu~(3+)透明氟氧微晶玻璃的光學(xué)性能研究50-53
• 3.4 Ba_(1-x)Lu_xF_(2+x):Er~(3+)/Yb~(3+)透明氟氧微晶玻璃的光學(xué)性能研究53-55
• 3.5 小結(jié)55-57
• 4 稀土摻雜含Na_5Lu_9F_(32)氟氧微晶玻璃的制備和光學(xué)溫度傳感特性研究57-69
• 4.1 Na_5Lu_9F_(32):透明氟氧微晶玻璃的制備57-58
• 4.2 Na_5Lu_9F_(32)透明氟氧微晶玻璃的物化性能58-61
• 4.3 Na_5Lu_9F_(32):Er~(3+)/Yb~(3+)透明氟氧微晶玻璃的光學(xué)性能研究61-66
• 4.4 Na_5Lu_9F_(32):Er~(3+)/Yb~(3+)透明氟氧微晶玻璃的溫度傳感特性優(yōu)化條件研究66-68
• 4.5 小結(jié)68-69
• 5 稀土摻雜含NaYF_4氟氧微晶玻璃的制備和光學(xué)溫度傳感特性研究69-80
• 5.1 NaYF_4:透明氟氧微晶玻璃的制備69-70
• 5.2 NaYF_4透明氟氧微晶玻璃的物化性能70-74
• 5.3 NaYF_4透明氟氧微晶玻璃的光學(xué)性能研究74-78
• 5.4 小結(jié)78-80
• 6 結(jié)論與展望80-83
• 6.1 結(jié)論80-81
• 6.2 展望81-83
• 參考文獻(xiàn)83-90
• 作者簡(jiǎn)介90

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