论文部分内容阅读
超细和纳米上转换材料在上转换发光、红外探测器件、生物分子的荧光标记和双光子共聚焦显微成像等方面显示出巨大的应用前景。本论文采用机械力化学法和共沉淀法分别合成了不同稀土离子掺杂的Y2O3纳米粉体；结合真空烧结技术，实现了块体材料的透明化；研究了Y2O3透明陶瓷透光率及影响因素，以及稀土离子掺杂Y2O3纳米粉体和块体材料的上转换发光性能。
以Y(NO3)3·6H2O，La(NO3)3·6H2O，H2C2O4·2H2O为原料，在表面活性剂(PEG)存在下，经球磨3 h小时和900℃煅烧2 h，得到了粒径约40～60 nm的La2xY2-2xO3类球形均匀纳米粉。经1650℃真空烧结3 h，得到相对密度为99.5％，长波长区域透过率达80％的透明烧结体。XRD结果证明稀土离子La3+完全固溶入Y2O3品格中。在波长750 nm处测得的Y2O3陶瓷透光率随着La2O3添加量的提高而逐渐提高；烧结温度则随La2O3加入量的增加而降低。在相同烧结温度下延长保温时间，样品透光率逐渐增大，最后趋于平缓。
在少量(NH4)2SO4、EDTA存在下以氨水为沉淀剂，以0.15 mol/L的RE(NO3)3为起始料液，用共沉淀法合成了Er3+：Y2O3纳米粉体。在1000℃煅烧2 h，得到了分散性好的Er3+：Y2O3纳米晶粉体。该粉体在488 nm激发下分别在550 nm和675nm处产生两个发射带，归属于2H11/2/4S3/2和4F9/2激发态到基态4I15/2的跃迁。在980nm LD激发下有两个发光带，一是位于562 nm的绿色发光，另一个是位于660 nm的红色发光，分别对应453/2/2H11/2→4I15/2和4F9/2→4I15/2跃迁。随着Er3+掺杂浓度的提高，颜色由绿色向红色转变：随煅烧温度的提高，红光强度变化不大，而绿光增强。合成粉体的烧结活性高，经1700℃保温5 h真空烧结，获得相对密度为99.5％，波长1100～1200 nm近红外区透光率达到60％的透明Y2O3陶瓷。两种工艺所得透明陶瓷显微结构呈现出均匀的晶粒，断口光滑，断裂形式以穿晶为主，几乎观察不到气孔存在。
采用共沉淀法分别合成了Yb3+：Y2O3和(Yb，Er)3+：Y2O3。在Yb3+：Y2O3的吸收光谱中有878 nm、950 nm和976 nm三个峰，分别对应于从2F7/2晶体场分裂的最低能级到2F5/2各晶体场分裂能级的跃迁；在940 nmLD激发下产生三个宽带发射谱带，分别位于985 nm、1031 nm和1076 nm，对应于从2F5/2多重态到2F7/2多重态的跃迁。随着Yb3+掺杂浓度的提高，发光颜色从绿色变为红色。随着Yb3+离子掺杂浓度的增加，(Yb，Er)3+：Y2O3在绿光区域的发光强度先显著增强，随后有所降低；而对于红光，则一直呈增强趋势。说明Yb3+对Er3+在Y2O3：基质中的上转换发光具有敏化作用。