基于熒光強度比測溫的稀土摻雜熒光粉溫敏材料的研究
發(fā)布時間：2021-07-27 14:34
溫度是重要的物理參量之一,溫度探測在生產(chǎn)、生活和科學研究等領域都占據(jù)著極其重要的地位。如何方便、精確、快捷地進行溫度探測是科研工作者研究探索的主要課題之一。傳統(tǒng)接觸式溫度計由于自身的局限性,使其不能在強電場、強磁場、腐蝕性、微納米尺寸以及活體細胞等特殊環(huán)境中應用。因此,具有抗干擾性、空間分辨率高、方便快捷,能實現(xiàn)遠程測量的新型非接觸式溫度傳感器引起了研究者的關注。目前,各類非接觸式溫度傳感材料大多基于材料的光學性質,僅熒光溫度探測就有多種方式�；跓晒鈴姸缺鹊臏y溫技術由于具有自校正效應,是較為準確的方法之一。本文設計并制備出四種稀土摻雜發(fā)光材料,并基于熒光強度比特性,研究探討了這四種材料在溫敏方面的特性及潛在應用價值。其主要研究內(nèi)容與結果如下:第一部分采用高溫固相法成功制備合成了Ba3La（VO4）3:Eu3+熒光粉,通過改變Eu3+的摻雜濃度,可以實現(xiàn)發(fā)光顏色從綠色到紅色的調控。同時發(fā)現(xiàn)該樣品可以通過兩種方式實現(xiàn)溫度探測。一方面利用發(fā)射光譜,采用VO43-（400-580 n...
【文章來源】：重慶郵電大學重慶市
【文章頁數(shù)】：95 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
Dieke能級圖
重慶郵電大學碩士學位論文第三章Tb3+/Eu3+共摻Sr8MgLa(PO4)7熒光粉發(fā)光特性和溫敏性質研究31發(fā)出位于487，544，582和620nm的Tb3+離子特征發(fā)射光。與此同時部分能量會通過能量傳遞從Tb3+離子傳遞到Eu3+離子，使Eu3+離子從基態(tài)能級躍遷到激發(fā)態(tài)能級，然后通過輻射躍遷回到基態(tài)，發(fā)出位于278，598，616，652和702nm的Eu3+離子特征發(fā)光。圖3.8Tb3+和Eu3+的主要能級和Tb3+→Eu3+的能量傳遞過程示意圖Reisfeld有過相關報道[122]，熒光粉中的敏化劑到激活劑的共振能量傳遞可以通過交換相互作用或電多極相互作用發(fā)生。如果激活劑和敏化劑之間的臨界距離不超過5，我們認為是發(fā)生了交換相互作用。若大于5，則是發(fā)生了電多極相互作用[123]。而敏化劑Tb3+和Eu3+的臨界距離RC可以通過Blasse理論估算[124]：=2[34]13（3.5）式中V是單位晶胞體積，N是配位數(shù)，xc是當敏化劑Tb3+的發(fā)射強度到達初始發(fā)射強度的一半時，敏化劑Tb3+和激活劑Eu3+離子的濃度之和。對于Sr8MgLa0.7-x(PO4)7:0.3Tb3+,xEu3+樣品，V=2588.033,N=4,xc=0.55(0.3+0.4=0.7)(如圖3.5所示)。所以，計算得臨界距離RC為12.086，遠大于5，說明在Sr8MgLa(PO4)7基質中Tb3+到Eu3+的能量傳遞過程為電多極相互作用。為進一步研究其電多極相互作用機理，可以通過Dexter公式和Reisfeld公式進行判斷：0∝3（3.6）
重慶郵電大學碩士學位論文第三章Tb3+/Eu3+共摻Sr8MgLa(PO4)7熒光粉發(fā)光特性和溫敏性質研究360.3Tb3+,0.4Eu3+熒光粉可以通過Tb3+和Eu3+的熒光強度比和Tb3+的熒光壽命兩種方式來進行測溫，顯示出Sr8MgLa(PO4)7:Tb3+,Eu3+熒光粉在熒光溫敏材料領域的潛在應用價值。圖3.14Sr8MgLa0.3(PO4)7:0.3Tb3+,0.4Eu3+的變溫壽命：(a)壽命變化擬合；(b)基于壽命溫度依賴關系的靈敏度3.4本章小結通過高溫固相反應法合成了一系列Sr8MgLa(PO4)7單摻Tb3+和共摻Tb3+/Eu3+的熒光粉。通過XRD和熒光光譜儀對其進行了結構和光學特性的研究。首先該結構屬于R3c(161)空間群β-Ca3(PO4)2結構，同時該熒光粉摻雜Tb3+時未發(fā)現(xiàn)濃度猝滅現(xiàn)象。通過調控Tb3+→Eu3+的能量傳遞可以實現(xiàn)發(fā)光顏色從綠色轉變至紅色。通過熒光壽命的研究，確定了Tb3+→Eu3+的能量傳遞過程為電四極－電四極相互作用。利用Eu3+的5D0→7F2躍遷與Tb3+的5D4→7F5躍遷的積分強度比（I616/I544）可以用作298-573K之間的溫度傳感探針。基于熒光強度比的最大相對靈敏度SR值為1.3％K-1(573K)。此外，根據(jù)Tb3+的熒光壽命我們也做了溫敏方面的研究，所得到的最大相對靈敏度SR值為0.7%K-1(573K)。這些特性表明Sr8MgLa(PO4)7:Tb3+,Eu3+熒光粉在多彩照明顯示和溫度傳感領域有潛在的應用價值。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]用于固態(tài)照明的紅色熒光粉Lu2MoO6:Eu3+的發(fā)光性質（英文）[J]. 李麗,沈君,周賢菊,潘雨,常文軒,何琪偉,韋先濤. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2016(06)
本文編號：3305972
【文章來源】：重慶郵電大學重慶市
【文章頁數(shù)】：95 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
Dieke能級圖
重慶郵電大學碩士學位論文第三章Tb3+/Eu3+共摻Sr8MgLa(PO4)7熒光粉發(fā)光特性和溫敏性質研究31發(fā)出位于487，544，582和620nm的Tb3+離子特征發(fā)射光。與此同時部分能量會通過能量傳遞從Tb3+離子傳遞到Eu3+離子，使Eu3+離子從基態(tài)能級躍遷到激發(fā)態(tài)能級，然后通過輻射躍遷回到基態(tài)，發(fā)出位于278，598，616，652和702nm的Eu3+離子特征發(fā)光。圖3.8Tb3+和Eu3+的主要能級和Tb3+→Eu3+的能量傳遞過程示意圖Reisfeld有過相關報道[122]，熒光粉中的敏化劑到激活劑的共振能量傳遞可以通過交換相互作用或電多極相互作用發(fā)生。如果激活劑和敏化劑之間的臨界距離不超過5，我們認為是發(fā)生了交換相互作用。若大于5，則是發(fā)生了電多極相互作用[123]。而敏化劑Tb3+和Eu3+的臨界距離RC可以通過Blasse理論估算[124]：=2[34]13（3.5）式中V是單位晶胞體積，N是配位數(shù)，xc是當敏化劑Tb3+的發(fā)射強度到達初始發(fā)射強度的一半時，敏化劑Tb3+和激活劑Eu3+離子的濃度之和。對于Sr8MgLa0.7-x(PO4)7:0.3Tb3+,xEu3+樣品，V=2588.033,N=4,xc=0.55(0.3+0.4=0.7)(如圖3.5所示)。所以，計算得臨界距離RC為12.086，遠大于5，說明在Sr8MgLa(PO4)7基質中Tb3+到Eu3+的能量傳遞過程為電多極相互作用。為進一步研究其電多極相互作用機理，可以通過Dexter公式和Reisfeld公式進行判斷：0∝3（3.6）
重慶郵電大學碩士學位論文第三章Tb3+/Eu3+共摻Sr8MgLa(PO4)7熒光粉發(fā)光特性和溫敏性質研究360.3Tb3+,0.4Eu3+熒光粉可以通過Tb3+和Eu3+的熒光強度比和Tb3+的熒光壽命兩種方式來進行測溫，顯示出Sr8MgLa(PO4)7:Tb3+,Eu3+熒光粉在熒光溫敏材料領域的潛在應用價值。圖3.14Sr8MgLa0.3(PO4)7:0.3Tb3+,0.4Eu3+的變溫壽命：(a)壽命變化擬合；(b)基于壽命溫度依賴關系的靈敏度3.4本章小結通過高溫固相反應法合成了一系列Sr8MgLa(PO4)7單摻Tb3+和共摻Tb3+/Eu3+的熒光粉。通過XRD和熒光光譜儀對其進行了結構和光學特性的研究。首先該結構屬于R3c(161)空間群β-Ca3(PO4)2結構，同時該熒光粉摻雜Tb3+時未發(fā)現(xiàn)濃度猝滅現(xiàn)象。通過調控Tb3+→Eu3+的能量傳遞可以實現(xiàn)發(fā)光顏色從綠色轉變至紅色。通過熒光壽命的研究，確定了Tb3+→Eu3+的能量傳遞過程為電四極－電四極相互作用。利用Eu3+的5D0→7F2躍遷與Tb3+的5D4→7F5躍遷的積分強度比（I616/I544）可以用作298-573K之間的溫度傳感探針。基于熒光強度比的最大相對靈敏度SR值為1.3％K-1(573K)。此外，根據(jù)Tb3+的熒光壽命我們也做了溫敏方面的研究，所得到的最大相對靈敏度SR值為0.7%K-1(573K)。這些特性表明Sr8MgLa(PO4)7:Tb3+,Eu3+熒光粉在多彩照明顯示和溫度傳感領域有潛在的應用價值。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]用于固態(tài)照明的紅色熒光粉Lu2MoO6:Eu3+的發(fā)光性質（英文）[J]. 李麗,沈君,周賢菊,潘雨,常文軒,何琪偉,韋先濤. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2016(06)
本文編號：3305972
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