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  本文關(guān)鍵詞：稀土摻雜氧化物反蛋白石光子晶體的發(fā)光調(diào)制，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《吉林大學(xué)》 2015年

稀土摻雜氧化物反蛋白石光子晶體的發(fā)光調(diào)制

王運鋒  

【摘要】：光子晶體的概念自從1987年被Yablonovitch和John提出以后，受到科學(xué)界的廣泛關(guān)注。這種長程有序的周期結(jié)構(gòu)材料能像半導(dǎo)體中電子一樣產(chǎn)生光子帶隙，對處于帶隙內(nèi)的特定頻率光子產(chǎn)生抑制。三維光子晶體結(jié)構(gòu)材料在可見和近紅外光譜范圍內(nèi)有著廣泛的應(yīng)用，為產(chǎn)生和發(fā)展新型光電子器件提供了新手段、新思路。光子晶體的一個重要性質(zhì)是對其對嵌入其中的發(fā)光中心自發(fā)輻射具有調(diào)制作用。研究光子晶體結(jié)構(gòu)對摻雜稀土離子自發(fā)輻射的調(diào)制，能夠幫助我們更好地了解材料發(fā)光本質(zhì)并能更合理地利用大孔材料提高發(fā)光效率。光子晶體的另外一個性質(zhì)是可以利用其大孔結(jié)構(gòu)有效地抑制局域熱效應(yīng)，減少基質(zhì)材料非輻射弛豫。深入探究光子晶體材料對局域熱效應(yīng)的抑制作用，能夠幫助我們更清楚地了解材料上轉(zhuǎn)換布居過程，更有效地提高基質(zhì)材料上轉(zhuǎn)換發(fā)光效率。本論文以反蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體為主要研究對象，首先研究了光子帶隙對Eu3+離子發(fā)射光譜與動力學(xué)的調(diào)制，其次探索了聲子調(diào)制對氧化物基質(zhì)材料上轉(zhuǎn)換布居的影響，最重要的是證明了光子晶體結(jié)構(gòu)能夠有效抑制局域熱效應(yīng)，提高NaGd(WO4)2:Yb3+/Tm3+的上轉(zhuǎn)換發(fā)光效率，取得的具體實驗結(jié)論如下： 1）我們利用PMMA模板輔助方法制備了孔間距可控的Lu2O3: Eu3+反蛋白石光子晶體。我們系統(tǒng)地研究了反蛋白石光子晶體結(jié)構(gòu)對Eu3+離子發(fā)射光譜和動力學(xué)的調(diào)制。材料中Eu3+離子5D0-7FJ躍遷壽命受有效折射率（n eff）的調(diào)制，而不依賴于態(tài)密度（DOS）的變化。我們觀察到隨著反蛋白石光子晶體孔間距的變化，，5D1能級自發(fā)輻射速率逐漸增大，這主要歸因于不同孔徑樣品5D1-5D0非輻射弛豫過程不同。我們通過溫度依賴的熒光與動力學(xué)分析證明了反蛋白石光子晶體材料中Eu3+離子的溫度猝滅現(xiàn)象得到有效的抑制。此外，我們通過監(jiān)測滲透液體后PSB和5D0-7F2躍遷熒光壽命的變化證明了Lu2O3: Eu3+反蛋白石光子晶體有著雙功能折射率傳感應(yīng)用前景。 2）我們對Yb3+和Er3+共摻雜的不同聲子能的Y2O3、GdVO4、NaGd(WO4)2基質(zhì)材料做了系統(tǒng)的研究和比較。首先，GdVO4和NaGd(WO4)2材料顯著的2H11/2,4S3/2-4I15/2綠光發(fā)射歸因于基質(zhì)材料中聲子的調(diào)制作用，表明材料上轉(zhuǎn)布居 過程中4F7/2-2H11/2/4S3/2的非輻射躍遷比2F4I44 7/211/2F9/2F9/2的交叉弛豫過程更占優(yōu)勢。其次，Er3+離子可見上轉(zhuǎn)換比例隨著聲子能的增大而增大，表明合適的聲子調(diào)制能夠增強氧化物基質(zhì)中摻雜離子的上轉(zhuǎn)換發(fā)光。第三，最優(yōu)摻雜的NaGd(WO4)2:40%Yb3+/2%Er3+上轉(zhuǎn)換發(fā)光與Y2O3:5%Yb3+/1%Er3+相比增強120倍，與NaYF4: Yb3+/Er3+商用熒光粉具有相同的發(fā)光量級。該實驗結(jié)論說明我們可以通過尋找合適聲子能的基質(zhì)材料來獲得高效的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料。 3）我們同樣利用PMMA模板輔助制備了反蛋白石光子晶體結(jié)構(gòu)的NaGd(WO4)2: Yb3+/Tm3+樣品，并系統(tǒng)地研究了光子晶體效應(yīng)對熒光發(fā)射與熒光動力學(xué)的調(diào)制。我們清楚地得到反蛋白石光子晶體樣品，上轉(zhuǎn)換與總發(fā)光強度之比與參考樣品相比增加2.8-8倍。最佳摻雜濃度的反蛋白石光子晶體樣品上轉(zhuǎn)換比值高達66%。其次，我們在光子晶體材料中觀察到明顯的1D2-3H6/3H4四光子布居態(tài)，這表明反蛋白石光子晶體結(jié)構(gòu)大孔結(jié)構(gòu)有利于高階上轉(zhuǎn)換發(fā)光過程。這主要歸因于結(jié)構(gòu)對輻射躍遷和非輻射弛豫的抑制作用，我們也通過測試溫度依賴的上轉(zhuǎn)換動力學(xué)得到驗證。該工作表明光子晶體結(jié)構(gòu)是提高上轉(zhuǎn)換發(fā)光效率的有效載體。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O482.31
【目錄】：

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