【摘要】：在當今世界,日益增長的能源需求已逐漸“全球化”。人們都在尋找能夠替代化石燃料的新型能源。太陽能作為新興的可再生能源,取之不盡用之不竭,既不耗材又具有環(huán)境友好性。我們是農(nóng)業(yè)大國,提高農(nóng)作物的單位產(chǎn)量是當務(wù)之急。近幾年國家大力倡導(dǎo)的光伏農(nóng)業(yè),就是將太陽能的相關(guān)技術(shù)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)種植之中。當前,溫室用的采光材料不具備收集特定波長光的能力。對于綠色植物,葉綠素主要吸收的光譜區(qū)有兩個,一個是波長640~680 nm的紅光部分,另一個是波長430~500 nm的藍光部分。至于紫外線植物吸收的比較少,過強反而會損傷植物細胞。我們希望通過光譜轉(zhuǎn)光,將更多地太陽光轉(zhuǎn)至光合作用最需要的紅光部分,使光合作用效率更高,提高農(nóng)作物的產(chǎn)量。目前農(nóng)用轉(zhuǎn)光材料主要以轉(zhuǎn)光膜為主,但薄膜材料自身的透光性差以及污染嚴重等問題阻礙了轉(zhuǎn)光膜的進一步應(yīng)用。相比之下玻璃材料具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性及化學(xué)性能,而且能夠更好的適應(yīng)變化的外界環(huán)境,使用壽命也更長。微晶玻璃是在制備成功基質(zhì)玻璃的基礎(chǔ)上進行一步二次熱處理過程,析出特定的納米顆粒。氟氧化物微晶玻璃兼具有氧化物微晶玻璃和氟化物微晶玻璃的優(yōu)點,析出的氟化物晶粒尺寸小,使微晶玻璃既保持了高度的透明,又具備了特殊的光學(xué)性能。本論文主要研究了玻璃溫室用稀土離子以及過渡金屬元素摻雜的氟氧化物玻璃及微晶玻璃材料的制備和發(fā)光性能,探討了一些離子匹配的可行性分析,并對其中的光譜轉(zhuǎn)換機理做了分析:1.氟氧化物玻璃陶瓷的制備。微晶玻璃的制備是建立在基礎(chǔ)玻璃制備的基礎(chǔ)之上,進行一定條件的二次熱處理完成的。通過參考對比,我們選擇了硅酸鹽的氟氧化物玻璃作為發(fā)光的基質(zhì)材料,并成功制備出了在機械性能、微觀結(jié)構(gòu)和光學(xué)性能方面都符合要求的微晶玻璃。2.Ce3+,Er3+,Yb3+三摻氟氧玻璃陶瓷的制備。在基質(zhì)為50Si O2-20Al2O3-20Ca F2-10Na F的氟氧玻璃陶瓷中摻雜Ce3+,Er3+,Yb3+離子,通過Ce3+,Er3+之間的下轉(zhuǎn)換和Er3+,Yb3+之間的上轉(zhuǎn)換,將吸收的紫外光和吸收的近紅外光都轉(zhuǎn)到Er3+的主發(fā)射668nm的紅橙光。Ce3+自身的發(fā)光屬于寬帶發(fā)光,在400-500 nm范圍內(nèi)的藍光也可被葉綠素吸收用于光合作用。3.Ce3+,Mn2+,Yb3+三摻氟氧化物玻璃陶瓷的制備。在基質(zhì)為50Si O2-20Al2O3-20Ca F2-10Na F的氟氧化物硅酸鹽玻璃中,我們摻入Ce3+,Mn2+,Yb3+離子。Mn2+的發(fā)光屬于寬帶發(fā)光。Ce3+,Mn2+之間的能量傳遞也要比Ce3+,Er3+之間的能量傳遞更顯著。因此這種材料更具有應(yīng)用前景。總之,通過稀土離子和過渡金屬離子摻雜,實現(xiàn)上下轉(zhuǎn)換發(fā)光。將光合作用不能利用的紫外和近紅外光轉(zhuǎn)到可見范圍內(nèi),將有助于光合作用效率的提高。我們制備的無機摻雜材料將有助于提高光合作用利用光能的效率,具有廣泛的應(yīng)用前景。
[Abstract]:In today's world, growing energy demand has been gradually "globalized". People are looking for new sources of energy that can replace fossil fuels. As a new renewable energy source, solar energy is inexhaustible and environmentally friendly. We are a big agricultural country and it is urgent to increase the unit output of crops. In recent years, photovoltaic agriculture, which has been strongly advocated by our country, is widely used in modern agriculture. Currently, greenhouse lighting materials do not have the ability to collect specific wavelengths of light. For green plants, there are two main spectral regions of chlorophyll absorption, one is the red part of 640 ~ 680 nm, the other is the blue part of 430 nm. As for UV plants absorb less, too strong will damage the plant cells. We hope to transfer more sunlight to the red part of photosynthesis through spectral conversion, so as to increase the efficiency of photosynthesis and increase the yield of crops. At present, the conversion film is mainly used in agriculture, but its poor transmittance and serious pollution hinder the further application of the film. By contrast, glass materials have excellent thermal stability and chemical properties, and can adapt to the changing environment better, the service life is longer. Glass-ceramics are prepared on the basis of the successful matrix glass through one-step and two-step heat treatment process, precipitating specific nanoparticles. Fluoride oxide glass-ceramics have the advantages of both oxide glass-ceramics and fluoride glass-ceramics, and the size of fluoride precipitates is small, which makes the glass-ceramics have high transparency and special optical properties. In this paper, the preparation and luminescence properties of rare earth ions and transition metal elements doped fluoride oxide glass and glass-ceramics in glass greenhouses are studied, and the feasibility analysis of some ion matching is discussed. The spectral conversion mechanism is analyzed as follows: 1. Preparation of fluoride oxide Glass Ceramics. The preparation of glass-ceramics is based on the preparation of the basic glass and the secondary heat treatment is carried out under certain conditions. By reference and comparison, we selected silicate fluoride oxide glass as the luminescent matrix material, and successfully prepared glass-ceramics which meet the requirements in mechanical properties, microstructure and optical properties. 2.Ce3, Er3, Preparation of Yb3 _ 3 Fluorine-doped Glass Ceramics. Ce3, Er3, Yb3 ions are doped in fluorinated glass ceramics with 50Si O2-20Al2O3-20Ca F2-10Na F matrix, and the downconversion between Ce3 and Er3 and the upconversion between Er3 and Yb3 are carried out. The absorption of ultraviolet light and the absorption of near-infrared light are transferred to the main emitting red orange light of 668nm in Er3. The luminescence of Ce3 itself belongs to broadband luminescence, and the blue light in the range of 400-500 nm can also be absorbed by chlorophyll for photosynthesis. 3.Ce3, Mn2, Preparation of Yb3 trifluoride doped Glass Ceramics. In the fluoride oxide silicate glass with 50Si O2-20Al2O3-20Ca F2-10Na F matrix, we doped Ce3, Mn2, Yb3 ions. The luminescence of Mn2 belongs to broadband luminescence. The energy transfer between Ce3 and Mn2 is more significant than that between Ce3 and Er3. Therefore, this material has more application prospect. In a word, the upper and lower conversion luminescence is realized by doping rare earth ions and transition metal ions. The efficiency of photosynthesis will be improved by transferring ultraviolet and near-infrared light which cannot be used in photosynthesis to visible range. The inorganic doped materials we prepared will help to improve the efficiency of photosynthesis in the utilization of light energy and have a wide application prospect.
【學(xué)位授予單位】：河南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ171.733

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本文編號：2410801