稀土掺杂氧化钇纳米晶的制备与荧光温度特性的研究
温度是最基本的热力学物理量之一，温度的测量在人们的生活、工程、医 疗等各个领域都至关重要。传统的温度测量技术，如温度计、热电偶等在测温时要求与被测物接触，并需要较长的热传递到热平衡时间，不能满足环境恶劣情况下的温度测量。因此，人们急需一种非接触式、及时响应、环境影响低的温度测量方法。基于稀土掺杂发光材料荧光温度响应特性的光学测温技术有望获得上述 多种优点，己成为现代测温方法的研究热点。其中，基于荧光强度比的温度测量 方法可有效的避免测量过程中的荧光损失、发光中心的多寡、激发光的功率波动和电磁场等影响而受到广泛关注。但目前该技术仍存在着发光效率低、测温灵敏度低、激光致加热效应等问题，制约着其进一步发展。针对此现状，本文探讨了 低温燃烧法制备的稀土离子(Er3+和Tm3+)掺杂氧化钇纳米晶的上转换发光性能和荧光温度特性，并提出了一种可显著提高材料测温灵敏度的新荧光强度比测温方 法。 在第一章中，我们首先采用低温燃烧法成功制备了 Er3+ (Yb3+，Li+)掺杂Y2O3纳米晶。通过XRD和SEM对样品的物相和形貌进行分析，发现Er3+， Er3+/Yb3+掺杂Y2O3粉末的平均晶粒尺寸为40-60nm，共掺Li+离子之后，样品的晶粒尺寸增大至262nm。在 980nm激发下，样品发出绿光（2H11/2,4S3/2→4Ii5/2)和红光（4F9/2→4I15/2)。并且，通过共掺杂Yb3+离子和Li+离子，能够有效的提高Er3+的上转换发光强度。我们进一步测量了 Er3+ (Yb3+，Li+) Y2O3纳米晶在298-573K温度范围内的上转换光谱，研究了 Er3+离子热耦合能级2H11/2和4S3/2的荧光强度比和温度之间的依赖关系。结果表明，随 Er3+离子浓度升高，样品测温灵敏度降低。此外，Li+离子掺杂有利于提高材料的测温绝对灵敏度，在 573K时Y2O3: 0.5mol% Er3+/7mol% Li+纳米晶最大灵敏度为0.0056K-1。同时研究了激发光功率对样品荧光温度性能的影响，发现激发光功率在低于i00m W时，对样 品荧光温度性能的影响可以忽略。 为了突破热耦合能级对测温灵敏度的限制，在第二章中我们制备了Tm3+/Yb3+共掺Y2O3纳米晶，通过XRD、SEM和 TEM表征了样品的物相和形貌，发现样品呈类球形，平均晶粒尺寸为40-60nm。在 980nm激发下，样品发出蓝光（1G4(a),1G4(b)→3H6) 和红光（1G4→3F4,3F2,3→3H6) 。测量了样品在298-573K温度范围内的上转换光谱，研究了 Tm3+离子的热耦合能级(1G4(a)和1G4(b))和非热 耦合能级（3F2,3和Waw)的荧光温度特性，发现使用非热耦合能级能够获得更大的测温绝对灵敏度，最 大 灵 敏 度 为 同 时 研 究 了 温 度 对 样 品 色 度 的 影 响，发现随温度的升高，样品色度从蓝光变为白光，因此该材料可用作高温警示志、。 在第三章中，我们进一步探索了基于双激活剂离子非热耦合能级荧光强度比的测温技术。我们采用低温燃烧法制备了 Y2O3: Er^/TmWYb3—纳米晶，通过XRD、S E M和 T E M对样品的物相和形貌进行表征，发现样品的平均晶粒尺寸为48nm。在 980nm激发下，样品发出蓝光（Tm3+： 1G4(a),1G4(b)→3H6 )、绿光（Er3+：2H11/2,4S3/2→4I15/2)和红光(Er3+: 4F9/2→4I15/2)。研究了非热耦合能级 2H11/2 (Er3+)和iG4(b) (Tm3+)的荧光温度特性，发现使用该能级进行测温时，样品在573K时最大绝对灵敏度高达0.i64K] ，高于绝大多数基于稀土离子热耦合能级测温的发光材料。
氧化钇纳米晶;稀土掺杂;低温燃烧法;上转换发光;荧光强度比
中国计量大学
硕士
光学工程
雷若姗;杜强华
2018
中文
TB383
2019-04-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）