【摘 要】
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稀土掺杂上转换发光是具有反斯托克斯定律的物理过程,可将长波长的光转化为短波长的光,即能量低的转变为能量高的辐射。稀土掺杂上转换发光材料具有非接触性、光温度响应快、抗电磁干扰能力强,温度测量空间分辨率高等优点,在光学测温领域具有广阔的前景。因此,近些年来基于稀土掺杂上转换发光材料的应用也有很多,比如生物成像、太阳能电池、光学传感、温度测量等。在稀土掺杂上转换发光材料中,以氧化物为主的基质由于其稳定性
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稀土掺杂上转换发光是具有反斯托克斯定律的物理过程,可将长波长的光转化为短波长的光,即能量低的转变为能量高的辐射。稀土掺杂上转换发光材料具有非接触性、光温度响应快、抗电磁干扰能力强,温度测量空间分辨率高等优点,在光学测温领域具有广阔的前景。因此,近些年来基于稀土掺杂上转换发光材料的应用也有很多,比如生物成像、太阳能电池、光学传感、温度测量等。在稀土掺杂上转换发光材料中,以氧化物为主的基质由于其稳定性好、易于合成等优点,在实际应用中得到了更多的关注。本论文主要以高温固相法制备了Er3+-Yb3+共掺的氧化物上转换荧光粉,并研究其发光特性、泵浦功率关系、能量转运机制以及温度传感特性。其主要内容和成果如下:（1）采用高温固相法成功制备了一系列稀土掺杂Lu2O3、In2O3、(Lu0.5In0.5)2O3上转换荧光粉,发现(Lu0.5In0.5)2O3发射的绿光和红光积分强度都大于Lu2O3和In2O3。因此,我们以(Lu0.5In0.5)2O3为基质,分析了一系列不同种类的掺杂离子以及不同掺杂浓度的离子对(Lu0.5In0.5)2O3的晶体结构和配位环境的影响。分别改变样品中Er3+和Yb3+的浓度,对样品的发光强度有影响,Zn2+的加入对样品的发光强度更为明显,样品在绿光处的发射峰由于Er3+的2H11/2→4I15/2和4S3/2→4I15/2的能级跃迁,而红光是由于Yb3+的4F9/2→4I 15/2的能级跃迁。在一系列的掺杂样品中,根据实验数据,选取其中的最优掺杂,Er3+的浓度是0.03、Yb3+的浓度是0.14、Zn2+的浓度是0.08。根据变泵浦功率的实验数据,计算出所有的样品的红光和绿光发射都属于双光子过程。在温度传感特性中,根据荧光强度比技术得到FIR=4.82×exp（-905.85/T）,拟合度为99.36%,相对灵敏度的最大值为0.0030K-1。加入Zn2+后荧光强度比FIR=7.77×exp（-850.01/T）,拟合度提高到了99.67%,相对灵敏度的最大值提升到了0.0050K-1。（2）在成功合成一系列稀土掺杂(Lu0.5In0.5)2O3上转换荧光粉基础上,我们成功合成了一系列稀土掺杂Y2O3、In2O3、(Y0.5In0.5)2O3上转换发光材料,研究发现(Y0.5In0.5)2O3发射的绿光和红光的积分强度都大于Y2O3以及In2O3。我们以(Y0.5In0.5)2O3为基质,通过XRD和SEM分析了一系列不同掺杂以及浓度的离子对(Y0.5In0.5)2O3的结构形貌的影响。在980nm激光器下,通过改变Er3+-Yb3+掺杂的浓度,样品的发光强度和CIE值都会发生明显改变,并选取了最优的浓度为Er3+=0.05 mol、Yb3+=0.14 mol。根据发光强度与泵浦功率之间的关系可以确定所有样品的发射均为双光子过程。利用荧光强度比技术,探究了样品的温度传感特性,根据实验分析得到FIR=6.03×exp（-1038.61/T）,计算出样品温度在503K下,绝对灵敏度达到最大值为0.00316K-1。（3）对于Er3+-Yb3+共掺的(Y0.5In0.5)2O3上转换发光材料,我们通过加入Mg2+改善样品的发光强度和温度传感特性。通过XRD表明加入的Mg2+基本上进入到主基质中,而且在基质的（222）晶面衍射峰向大角度移动,根据离子半径和布拉格方程,成功验证了Mg2+占据了Y3+的格位。引入Mg2+后的样品,在发光方面,其发射的绿光强度和红光强度分别增强了12倍和8倍。主要是由于其他金属离子的进入,改变了基质局部晶体场的对称性,打破了离子内部的4f电偶极宇称禁戒。在温度传感方面,加入的Mg2+后样品,荧光强度比为FIR=8.3×exp（-1089.88/T）,最大灵敏度提高到0.0039 K-1,这些都表明了在掺杂Mg2+之后,可以改善基质的发光和温度传感特性。（4）对于Er3+-Yb3+共掺Sc2（WO4）3材料,通过XRD的表征,实验样品为纯相无杂质,Er3+和Yb3+将优先取代Sc3+而进入主基质中,分析了样品的晶体结构图,属于斜方晶系类型的结构。在980 nm近红外激光下,样品发出强烈的绿光和微弱的红光,能观察到样品呈现出肉眼可见的强烈绿光。另外,利用荧光强度比方法研究了Er3+的两个热耦合能级在303～573 K范围内的温度传感特性。393K时,样品的绝对灵敏度达到最大为0.0068 K-1。对比于其他荧光粉材料,Sc2（WO4）3:Er3+-Yb3+的灵敏度处于较高水平,在实际测温中具有更好的前景。
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