本文關鍵詞：鐿鉺共摻雜上轉換發(fā)光玻璃陶瓷的制備與性能研究

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【摘要】：由于在光通訊、激光、太陽能電池、顯示等領域具有廣泛的應用前景,所以稀土離子摻雜上轉換發(fā)光玻璃陶瓷受到了科研人員的廣泛關注。但到目前為止,上轉換發(fā)光玻璃材料仍然采用熔融急冷并結合長時間退火的方法制備。盡管這種傳統(tǒng)方法具有一系列的優(yōu)點如制備工藝成熟,可以制備大塊材料等。但是由于這種方法需要高溫,在高溫熔融過程中易發(fā)生揮發(fā)或者稀土離子團聚等方面的問題,并且耗時長,所以存在玻璃的組分難以準確控制、稀土離子摻雜濃度低等缺點。上述問題的存在顯著降低了上轉換發(fā)光材料的性能,同時也限制了它的應用。本文采用一種新的固相燒結方法來制備上轉換發(fā)光玻璃陶瓷材料:首先合成NaYF4基上轉換發(fā)光粉體和Y2O3基上轉換發(fā)光粉體作為發(fā)光基元,然后分別與SBA-15介孔粉體混合,最后利用放電等離子體燒結(Spark Plasma Sintering,SPS)技術燒結制備上轉換發(fā)光玻璃陶瓷材料,系統(tǒng)研究了制備工藝對其顯微結構和發(fā)光性能的影響。本文的主要研究內(nèi)容如下:(1)以化學合成的NaYF4:Yb3+,Er3+粉體為原料,采用無壓燒結和SPS兩種方法制備了NaYF4:Yb3+,Er3+陶瓷,系統(tǒng)研究了燒結溫度、保溫時間和后處理工藝對陶瓷密度、顯微結構和陶瓷發(fā)光性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)采用無壓燒結制備的陶瓷樣品的相組成和發(fā)光強度都會隨著燒結溫度的升高而改變,當燒結溫度為600℃時,陶瓷樣品的相是純的六方相nayf4,且其發(fā)光性能最好,陶瓷樣品的密度會隨著燒結溫度的提高和保溫時間的延長而增大;sps燒結技術制備出的nayf4陶瓷,具有優(yōu)異的熒光強度,而且其相對密度最高可達97%。(2)采用sps技術燒結了nayf4:yb3+,er3+和sba-15復合粉體,制備了nayf4復合玻璃,研究了燒結溫度和nayf4:yb3+,er3+含量對樣品光學性能的影響。結果表明:共沉淀法和水熱法合成的nayf4:yb3+,er3+粉體分別與sba-15粉體混合后,經(jīng)過sps燒結制備的玻璃性能存在很大不同。采用共沉淀法nayf4:yb3+,er3+粉體制備的樣品透過率隨著燒結溫度的升高呈現(xiàn)出先提高后下降的趨勢,當燒結溫度為980℃時,樣品的上轉換發(fā)光性能較好,透過率最大;通過對不同nayf4:yb3+,er3+含量樣品的發(fā)光性能進行考察發(fā)現(xiàn),nayf4:yb3+,er3+含量5wt%的玻璃樣品的發(fā)光強度達到最大。對于水熱法合成的nayf4:yb3+,er3+粉體與sba-15粉體制備的玻璃來說,nayf4:yb3+,er3+含量4wt%時上轉換發(fā)光強度最大。sem和tem發(fā)現(xiàn)樣品中存在與原始nayf4粉體形態(tài)和尺寸相似的顆粒物,說明nayf4通過sps燒結技術可以保存到玻璃基質(zhì)中。(3)以合成的y2o3:yb3+,er3+和sba-15復合粉體為原料,采用sps技術燒結制備了y2o3:yb3+,er3+上轉換發(fā)光玻璃,研究了燒結溫度、升溫速率和y2o3:yb3+,er3+含量對樣品各項性能的影響。實驗結果表明隨著燒結溫度的提高樣品的透明度呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢,當燒結溫度為1050℃時,樣品的透明度最好,且其上轉換發(fā)光性能最好。通過改變升溫速率研究其對樣品性能的影響,結果表明提高升溫速率可以提高玻璃塊體的發(fā)光強度和透明度,當升溫速率為200℃/min時樣品的發(fā)光性能和透明度最好。通過對不同Y2O3:Yb3+,Er3+含量玻璃樣品的研究發(fā)現(xiàn),隨著Y2O3:Yb3+,Er3+含量的提高,樣品的發(fā)光性能逐漸增強。
【關鍵詞】：上轉換發(fā)光 SPS技術 NaYF4 Y2O3 玻璃陶瓷
【學位授予單位】：東華大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ174.1
【目錄】：

• 摘要5-8
• ABSTRACT8-13
• 第一章 緒論13-26
• 1.1 引言13
• 1.2 上轉換的發(fā)光機理13-18
• 1.2.1 激發(fā)態(tài)吸收14
• 1.2.2 能量轉移上轉換14-15
• 1.2.3 光子雪崩15
• 1.2.4 J-O理論15-17
• 1.2.5 敏化發(fā)光17-18
• 1.3 上轉換發(fā)光材料18-23
• 1.3.1 上轉換發(fā)光材料中的稀土元素18-19
• 1.3.2 上轉換發(fā)光材料的基質(zhì)材料19-20
• 1.3.3 上轉換材料的制備20-23
• 1.4 放電等離子燒結技術23-24
• 1.5 介孔材料SBA-1524
• 1.6 課題的研究意義和研究內(nèi)容24-26
• 第二章 實驗過程和測試方法26-34
• 2.1 實驗原料26-27
• 2.2 實驗儀器27
• 2.3 樣品的制備27-31
• 2.3.1 粉體的制備29-30
• 2.3.2 上轉換發(fā)光陶瓷的制備30-31
• 2.3.3 上轉換發(fā)光玻璃的制備31
• 2.4 樣品的性能測試31-34
• 2.4.1 相組成及顯微結構分析31-32
• 2.4.2 光學性能測試32
• 2.4.3 其他測試32-34
• 第三章 NaYF_4:Yb~(3+), Er~(3+)陶瓷的制備及其性能研究34-47
• 3.1 引言34-35
• 3.2 結果與討論35-46
• 3.2.1 不同方法制備的NaYF_4:Yb~(3+), Er~(3+)粉體的表征35-38
• 3.2.2 無壓燒結法制備NaYF_4陶瓷樣品的表征38-43
• 3.2.3 SPS技術制備NaYF_4陶瓷樣品的表征43-46
• 3.3 小結46-47
• 第四章 NaYF_4:Yb~(3+), Er~(3+)/SBA-15復合玻璃的制備及其性能47-65
• 4.1 引言47-48
• 4.2 結果與分析48-63
• 4.2.1 SBA-15粉體及塊體的制備和表征48-50
• 4.2.2 共沉淀法NaYF_4:Yb~(3+), Er~(3+)/SBA-15復合玻璃的制備及表征50-58
• 4.2.3 水熱法NaYF_4:Yb~(3+), Er~(3+)/SBA-15復合玻璃的制備及表征58-63
• 4.3 小結63-65
• 第五章 Y_2O_3:Yb~(3+), Er~(3+)/SBA-15復合玻璃的制備及其性能65-78
• 5.1 引言65
• 5.2 結果與討論65-77
• 5.2.1 Y_2O_3:Yb~(3+), Er~(3+)粉體的制備和性能研究65-68
• 5.2.2 燒結溫度對Y_2O_3:Yb~(3+), Er~(3+)/ SBA-15復合玻璃性能的影響68-70
• 5.2.3 升溫速率對Y_2O_3:Yb~(3+), Er~(3+)/ SBA-15復合玻璃性能的影響70-72
• 5.2.4 粉體含量對Y_2O_3:Yb~(3+), Er~(3+)/ SBA-15復合玻璃性能的影響72-77
• 5.3 小結77-78
• 第六章 總結與展望78-80
• 6.1 全文總結78-79
• 6.2 展望79-80
• 參考文獻80-87
• 附錄：攻讀碩士期間發(fā)表的學術論文87-88
• 致謝88

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