【摘要】：由于溫度對(duì)熒光發(fā)光材料的發(fā)光性能具有重大的影響,某些光學(xué)特性存在與溫度之間的依賴(lài)關(guān)系�；谶@種現(xiàn)象熒光測(cè)溫技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)。本文主要從兩個(gè)方面研究這種影響并討論相應(yīng)的溫度探測(cè)技術(shù)。首先,溫度升高時(shí),熒光發(fā)光材料的發(fā)光的強(qiáng)度和壽命的減小,這種現(xiàn)象被稱(chēng)為熱猝滅。其次由于熱耦合能級(jí)的布居數(shù)在發(fā)光過(guò)程中始終滿(mǎn)足玻爾茲曼分布,這兩個(gè)能級(jí)的熒光強(qiáng)度比與溫度具有依賴(lài)關(guān)系。本論文對(duì)三種基于熱猝滅和熱耦合能級(jí)對(duì)材料發(fā)光性能的影響的測(cè)溫技術(shù)進(jìn)行研究:一,基于熱猝滅導(dǎo)致的發(fā)光顏色(色度坐標(biāo))變化用于測(cè)量LED燈結(jié)溫;二,基于熱猝滅導(dǎo)致的熒光壽命變化用于測(cè)量生理溫度;三,基于熱耦合能級(jí)的熒光強(qiáng)度比變化用于測(cè)量高溫范圍的溫度。第一章是本文的緒論部分,主要介紹了研究熱猝滅和熱耦合能級(jí)對(duì)熒光發(fā)光材料的發(fā)光性能影響的意義、研究背景和現(xiàn)狀,并介紹了熒光發(fā)光材料的發(fā)光原理以及常用的表征方法。同時(shí),介紹了基于熒光發(fā)光材料的發(fā)光性能測(cè)溫的主要手段,并介紹了熱猝滅現(xiàn)象和熱耦合能級(jí)。最后介紹了實(shí)驗(yàn)中用到的幾種常見(jiàn)的實(shí)驗(yàn)方法,包括高溫固相法、水熱法以及溶膠凝膠法,以及常用的實(shí)驗(yàn)器材。第二章主要研究自激活Ba_2V_2O_7:Sm~(3+)白光LED熒光粉在不同溫度下的發(fā)光性能。首先,我們通過(guò)高溫固相法合成了具有不同摻雜濃度的樣品,并通過(guò)X射線(xiàn)衍射譜對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征,結(jié)果表明Ba_2V_2O_7:Sm~(3+)白光LED熒光粉被成功合成。我們測(cè)量了常溫下不同摻雜濃度的樣品的激發(fā)和發(fā)射光譜。我們發(fā)現(xiàn)樣品的發(fā)光隨Sm~(3+)離子摻雜濃度的升高由藍(lán)綠光逐漸變?yōu)殚偌t色的光,其中Ba_2V_2O_7:0.05Sm~(3+)的樣品在365nm的激發(fā)光下于室溫發(fā)出白光。同時(shí),我們測(cè)量了 Ba_2V_2O_7:0.04Sm~(3+)的樣品在365nm的激發(fā)光下于25-210℃的溫度范圍內(nèi)的變溫光譜。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,Ba1.96V207:0.04Sm~(3+)樣品會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的熱猝滅。當(dāng)溫度升高時(shí),它的發(fā)光不僅強(qiáng)度會(huì)下降,同時(shí)色度坐標(biāo)會(huì)發(fā)生非常大的移動(dòng):從25℃C時(shí)的藍(lán)白色光(色度坐標(biāo)0.283,0.360)漸變?yōu)?10℃C的橘黃色光(色度坐標(biāo)0.585,0.436)。這個(gè)結(jié)果表明,熱猝滅會(huì)導(dǎo)致這種發(fā)光材料的發(fā)光強(qiáng)度下降以及很大的色度坐標(biāo)的移動(dòng),可以用于對(duì)溫度的標(biāo)定。第三章主要研究了基于紅光熒光粉LuAG:Mn~(4+)的熱猝滅現(xiàn)象的測(cè)溫原理。首先,我們用溶膠凝膠法制備了 LuAG:Mn~(4+)紅光熒光粉,并通過(guò)X射線(xiàn)衍射譜對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征,確認(rèn)該LuAG:Mn~(4+)紅光熒光粉被成功合成。然后,我們測(cè)量了 LuAG:Mn~(4+)紅光熒光粉常溫下的激發(fā)譜和發(fā)射譜,并指認(rèn)了 LuAG:Mn~(4+)紅光熒光粉的光譜各個(gè)波峰對(duì)應(yīng)的躍遷。之后,我們測(cè)量了 LuAG:Mn~(4+)紅光熒光粉在37-100℃溫度范圍內(nèi)的變溫光譜,結(jié)果表明LuAG:Mn~(4+)紅光熒光粉具有比較強(qiáng)的熱猝滅現(xiàn)象。最后我們?cè)敿?xì)測(cè)量了 LuAG:Mn~(4+)紅光熒光粉在34-110℃溫度范圍內(nèi)不同溫度下Mn~(4+)離子發(fā)光(666nm)的熒光衰減曲線(xiàn)。根據(jù)壽命與溫度之間的依賴(lài)關(guān)系,我們擬合出LuAG:Mn~(4+)紅光熒光粉的熱活化能AE為5732cm-1。然后,根據(jù)相對(duì)靈敏度公式算出LuAG:Mrn4+紅光熒光粉的相對(duì)靈敏度在72 ℃時(shí)最大,大小為6.35%K~(-1);當(dāng)溫度為38 ℃時(shí),相對(duì)靈敏度為3.75%K~(-1)。根據(jù)以上結(jié)果,LuAG:Mn~(4+)紅光熒光粉被證明非常適用于生理溫度區(qū)間的溫度探測(cè)。第四章主要研究基于NaY(MoO_4)_2:Yb~(3+) Ho~(3+)上轉(zhuǎn)換熒光粉熱耦合能級(jí)熒光強(qiáng)度比(FIR)測(cè)溫的原理。首先,我們用溶膠凝膠法制備了 NaY(MoO_4)_2:Yb~(3+)Ho~(3+)上轉(zhuǎn)換熒光粉,并通過(guò)X射線(xiàn)衍射譜對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征,確認(rèn)NaY(Mo04)2:Yb~(3+) Ho~(3+)上轉(zhuǎn)換熒光粉被成功合成。然后,我們測(cè)量了 980nm激發(fā)下NaY(MoO_4)_2:Yb~(3+) Ho~(3+)上轉(zhuǎn)換熒光粉在常溫下的發(fā)射譜,并指認(rèn)了發(fā)射譜各個(gè)波峰對(duì)應(yīng)的躍遷。結(jié)果表明,NaY(Mo04)2:Yb~(3+)Ho~(3+)上轉(zhuǎn)換熒光粉同時(shí)具有強(qiáng)度相當(dāng)?shù)陌l(fā)光能級(jí)5F4/5S2或5F5向基態(tài)518的躍遷發(fā)光。然后,我們測(cè)量了 NaY(MoO_4)_2:Yb~(3+) Ho~(3+)上轉(zhuǎn)換熒光粉在360K-660K溫度區(qū)間的變溫光譜,并計(jì)算出不同溫度下樣品中Ho~(3+)離子的熱耦合能級(jí)5F1/5G6和5F2,3/3K8的熒光強(qiáng)度比。根據(jù)熱耦合熒光強(qiáng)度比與溫度的依賴(lài)關(guān)系,我們擬合出在NaY(MoO_4)_2:Yb~(3+)Ho~(3+)上轉(zhuǎn)換熒光粉中,Ho~(3+)離子的熱耦合能級(jí)5F1/5G6和5F2,3/3K8的能級(jí)差為1379.6 cm-1。最后,根據(jù)基于熱耦合能級(jí)熒光強(qiáng)度比(FIR)測(cè)溫的絕對(duì)靈敏度和相對(duì)靈敏度的公式,我們獲得了 NaY(MoO_4)_2:Yb~(3+) Ho~(3+)上轉(zhuǎn)換熒光粉的絕對(duì)靈敏度和相對(duì)靈敏度與溫度的依賴(lài)關(guān)系圖。結(jié)果表明,在360-660K的溫度范圍內(nèi),該樣品絕對(duì)靈敏度在660K達(dá)到最大值0.00593 K~(-1),而相對(duì)靈敏度在360K達(dá)到最大值1.53%K~(-1)�？梢�(jiàn),NaY(Mo04)2:Yb~(3+) Ho~(3+)上轉(zhuǎn)換熒光粉是一種具有較高相對(duì)靈敏度的測(cè)溫材料。最后對(duì)本論文的主要內(nèi)容做了總結(jié)并對(duì)基于熱猝滅和熱耦合能級(jí)熒光強(qiáng)度比測(cè)溫的應(yīng)用前景做了展望。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：O482.31

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本文編號(hào)：2316953