高效Ag/ZnO纳米线阵列/稀土掺杂氧化物复合薄膜上转换发光性质与应用研究
稀土离子掺杂上转换发光材料在光电子器件、新型光源、光学传感、细胞成像及疾病诊断等方面具有广泛的应用前景，已成为人们关注的焦点。氧化物基质材料透光性好，热稳定性、机械稳定性和化学稳定性高，可以承受一些恶劣环境的极端状况。然而，大多数氧化物都具有相对较高的声子能量，导致以氧化物为基质的稀土掺杂上转换发光材料效率较低。为此，探索了一种具有较低声子能量和较高发光效率的新型氧化物基质材料，通过电磁场增强将其上转换发光强度进一步提高了约两个量级，并对其在温度传感、染料浓度探测和光电转换等方面的应用做了初步探索。取得的主要成果如下: (1)通过共沉淀法制备了Er3+掺杂YbMoO4发光材料。实验结果表明pH值和烧结温度对基质材料相结构有很大影响，当pH值为7烧结温度为773K时，反应物中的Mo6+全部热还原到低价态Mo5+，得到纯四方相YbMoO4。在980和325nm激光激发下，获得了分别对应于Er3+的2H11/2/4S3/2→4I15/2和4F9/2→4I15/2跃迁的绿色和红色上转换和下转换发光，当Er、Yb浓度比为1∶10时，上转换发光强度最大;研究了其上转换发光的温度特性，用热猝灭理论进行了合理解释，并建立了基于绿色上转换发光的荧光强度比与温度之间的依赖关系。 (2)采用磁控溅射法、水热法和旋涂法制备了Ag/ZnO纳米线阵列/稀土掺杂YbMoO4三层结构复合薄膜。实验结果表明复合薄膜中Ag、ZnO纳米线阵列和稀土掺杂YbMoO4三层结构独立存在，探讨了在980nm激光激发下复合薄膜上转换发光与功率密度的依赖关系，优化了ZnO纳米线长度，实现了相对于单层发光薄膜最高两个数量级的上转换发光增强。模拟计算了不同ZnO纳米线间隙构型的电场分布，结果表明上转换发光增强归因于ZnO纳米线的间隙位置存在很强的局部电场分布。 (3)探索了Ag/ZnO纳米线阵列/Er3+掺杂YbMoO4复合薄膜在光电转换、温度传感和染料浓度探测等方面的应用。建立了复合薄膜绿色上转换发光强度比与温度的依赖关系，最大温度传感灵敏度约为0.01574K-1，高于目前基于Er3+掺杂上转换发光材料的温度传感器。基于复合薄膜上转换发光和罗丹明B染料分子间的辐射能量传递过程，建立了上转换发光强度比与染料浓度的依赖关系，在0-1000ppm染料浓度范围内Er3+的两个绿色上转换发光荧光强度比与染料浓度存在指数关系。测试了复合薄膜在980nm激发下的光电流特性，相对于Ag/ZnO纳米线阵列，复合薄膜的光电流提高了约1个数量级，表明复合薄膜在光电转换方面具有一定的应用潜力。
上转换发光材料;复合薄膜;氧化物;稀土掺杂;纳米线阵列;荧光强度比;光电转换性能
大连海事大学
硕士
凝聚态物理
孙佳石
2018
中文
TN304.055
71
2018-08-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）