研究目的
研究Zn2+离子存在下Ho3+/Yb3+共掺杂Y2Ti2O7荧光粉上转换绿光发射强度的增强现象。
研究成果
通过固相反应合成的Y2Ti2O7:Ho3+/Yb3+/Zn2+荧光粉,在掺杂30 mol% Zn2+时成功将绿色上转换发射强度提升了高达92倍。这一增强效果归因于结晶度、粒径及晶体场不对称性的提高。Ho3+的5S2能级寿命随Zn2+浓度增加而延长,且上转换机制在Zn2+共掺样品中从双光子过程转变为三光子过程。强烈的绿色发射使这些荧光粉适用于显示器件及其他基于荧光的应用,并有望在类似基质中获得进一步优化。
研究不足
该研究仅限于特定的基质材料Y2Ti2O7及掺杂离子Ho3+、Yb3+和Zn2+。增强机制依赖于结晶度、粒径大小和晶体场不对称性,这些因素可能不适用于其他体系。最佳Zn2+掺杂浓度为30摩尔%,超过该浓度会因间隙占据产生缺陷而导致发光强度下降。上转换过程涉及多光子参与,且发光强度与泵浦功率相关,在高功率下会出现热效应。未来工作可探索其他基质材料或掺杂离子以进一步优化性能。
1:实验设计与方法选择:
本研究采用传统固相反应法合成了一系列三掺杂Y2-x-y-zHozYbyZnxTiO7荧光粉样品(固定Ho3+和Yb3+浓度z=1、y=3,调节Zn2+浓度x=0–35 mol%),旨在研究Zn2+共掺对结构及光学性能(特别是上转换发光)的影响。理论模型包括采用德拜-谢乐法计算晶粒尺寸,以及利用伍德-陶克公式测定光学带隙。
2:y=3,调节Zn2+浓度x=0–35 mol%),旨在研究Zn2+共掺对结构及光学性能(特别是上转换发光)的影响。理论模型包括采用德拜-谢乐法计算晶粒尺寸,以及利用伍德-陶克公式测定光学带隙。 样品选择与数据来源:
2. 样品选择与数据来源:使用分析纯试剂制备样品:氧化钇(Y2O3, 99.999%)、氧化钬(Ho2O3, 99.9%)、氧化镱(Yb2O3, 99.99%)、氧化锌(ZnO, 99%)和二氧化钛(TiO2, 99%)。按化学计量比混合的原料在玛瑙研钵中以丙酮为介质均匀研磨,干燥后在常压下1200°C煅烧5小时。
3:999%)、氧化钬(Ho2O3, 9%)、氧化镱(Yb2O3, 99%)、氧化锌(ZnO, 99%)和二氧化钛(TiO2, 99%)。按化学计量比混合的原料在玛瑙研钵中以丙酮为介质均匀研磨,干燥后在常压下1200°C煅烧5小时。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:设备包括X射线衍射仪(MiniFlex600: D/teX Ultra Rigaku, 日本)、扫描电子显微镜(EVO 18 SEM, 德国卡尔蔡司)、傅里叶变换红外光谱仪(Perkin Elmer Spectrum-65)、紫外-可见-近红外分光光度计(Perkin Elmer Lambda 750)、色散单色仪(iHR 320 Horiba JovinYvon)配PMT探测器(1424M型)、980 nm连续波二极管激光器(2 W可调谐光源)、机械斩波器(SR-540型, 斯坦福研究系统公司)及150 MHz示波器(HM 1507型, 哈梅格仪器)。材料包含上述氧化物及丙酮。
4:5)、紫外-可见-近红外分光光度计(Perkin Elmer Lambda 750)、色散单色仪(iHR 320 Horiba JovinYvon)配PMT探测器(1424M型)、980 nm连续波二极管激光器(2 W可调谐光源)、机械斩波器(SR-540型, 斯坦福研究系统公司)及150 MHz示波器(HM 1507型, 哈梅格仪器)。材料包含上述氧化物及丙酮。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:合成过程包括前驱体混合、氧化铝坩埚加热及室温冷却。表征步骤涵盖XRD物相分析、SEM形貌观察、FTIR振动基团检测、UV-vis-NIR吸收光谱测试、980 nm激光激发上转换发射光谱监测,以及通过调制激光和示波器进行寿命测量。
5:数据分析方法:
数据分析采用德拜-谢乐方程计算晶粒尺寸、伍德-陶克公式测定带隙、单指数拟合计算寿命,并通过双对数坐标功率依赖研究确定上转换过程中的参与光子数。
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