稀土掺杂磷酸钆玻璃陶瓷的制备与发光性质研究

【摘要】本论文由三章组成,第一章为绪论部分,简要地介绍了研究工作中所涉及到的一些基础知识和相关研究的最新进展。第二章概述了几种透明玻璃陶瓷的制备方法、表征手段以及在控制析晶过程中需要注意的一些问题。第三章则具体介绍了新型Yb3+/Er3+共掺杂GdPO4玻璃陶瓷的制备,研究了它的微观结构、透光性和荧光特性,并讨论了该样品用于荧光温度探测领域的可能性。绪论部分首先简要介绍了发光现象、发光材料的基本概念以及文中涉及到的稀土发光的基础理论知识。接着分别介绍了上转换发光材料、量子剪裁材料和白光LED荧光材料这三种稀土光功能材料。随后又重点介绍了玻璃陶瓷材料的研究进展和主要应用。最后,详细阐述了本文的选题依据,即结合GdPO4:Yb3+/Er3+多功能荧光磁性纳米材料和玻璃陶瓷的优势,制备新型Yb3+/Er3+共掺杂GdPO4玻璃陶瓷,并探索该材料的特性。第二章主要介绍了玻璃陶瓷制备过程中的选料、熔制和控制析晶三个主要阶段,并详细讨论了制备过程中需要注意的问题。通过分析可知,合适的原料选取和组分设计是形成前驱玻璃、析出微晶的先决条件。而热处理温度则是影响玻璃陶瓷中微晶分布的均匀性和粒径的均一性的最关键因素。最后,还简要介绍了文中所涉及的材料表征手段。本论文的主要研究内容在第三章进行详细阐述。我们主要研究了Yb3+/Er3+共掺杂GdPO4玻璃陶瓷在不同条件下的发光性质。具体的研究内容和结论如下：1、通过熔融急冷法和后期的热处理成功合成了Yb3+/Er3+共掺杂GdPO4透明玻璃陶瓷。并利用X射线衍射(XRD)、透射电子显微技术(TEM)以及高分辨透射电子显微技术(HRTEM)对材料的结构进行了表征。结果表明,经过热处理后,玻璃陶瓷中形成了大量的GdPO4微晶,且样品的结晶度随着热处理温度的升高而增大。结合XRD和HRTEM相衬图,估算出微晶的平均粒径约为23nm。样品的透射光谱显示玻璃陶瓷在可见和红外该波段仍保持较高的光透过性,这说明GdPO4微晶的平均粒径远小于该波段光波的波长。2、分别对在670℃、640℃下热处理的Yb3+/Er3+共掺杂GdPO4透明玻璃陶瓷样品GC670、GC640和玻璃样品PG的光致发光光谱进行了分析。紫外光(378nm)激发下,由于掺杂的稀土离子在析晶过程中,进入了与前驱玻璃相比声子能量更大的GdPO4微晶,样品的整体发光强度按照PG、GC640、GC670的顺序依次下降。而红外光(980nm)激发下的情况则刚好相反,玻璃陶瓷材料的上转换发光强度与玻璃相比有很大的增强,且结晶度越高,强度增强越大。这是由于玻璃陶瓷中稀土离子在GdPO4微晶里发生聚集,使得Yb-Er间距离缩短,导致上转换效率提高。另外,我们发现980nm激发下GC670样品的发射光谱中绿光/红光发射强度比值与GC640和PG样品相比明显增大。造成这种现象的主要原因是：结晶度较高的GC670样品,其上转换效率也较高,Er3+离子在4I11/2上的布居数更多,而在上转换过程中,与绿光发射相关的能量传递、交叉弛豫和激发态吸收等过程比与红光发射相关的无辐射跃迁过程更加依赖于4I11/2上的布居数。与红光发射相比,GC670的绿光发射随着布居数的增多而更快地增强。980nm激发下样品的红外发射谱中,由于红外发光与上转换发光存在一定的强度互补关系,玻璃陶瓷的发光强度较玻璃样品更弱。根据上转换发光强度,对掺杂离子的浓度进行了优化,发现最佳掺杂浓度为25%Yb3+,2%Er3+。3、研究了不同泵浦功率激发和不同温度下以670℃热处理的GdPO4:25%Yb3+,2%Er3+玻璃陶瓷的上转换发光性质。不同功率激发下,样品的上转换发射谱中也出现了由4I11/2态上布居数变化引起的绿光/红光发射强度比值变化的现象。295-535K温度范围内,样品中Er3+离子的热耦合能态向基态跃迁产生的523nm(2H11/2→4I15/2)和545nm(4S3/2→4I15/2)绿光发射相对强度发生了明显的变化。基于荧光强度比值测温技术(FIR),我们对样品绿光发射的荧光强度比值随温度的变化关系进行了拟合,得到有效能量差△E的值为713cm-1,计算出295K对应的相对灵敏度为1.18%K-1。该结果显示了样品被应用于温度探测领域的可能性。
【作者】廖力勍；
【导师】段昌奎；陈永虎；
【作者基本信息】中国科学技术大学，凝聚态物理，2014，硕士
【关键词】稀土功能材料；上转换发光；透明玻璃陶瓷；GdPO4纳米晶；荧光温度探测；

【参考文献】
[1]俞晓艳.新媒体环境下属性议程设置研究[D].安徽大学,新闻学,2014,硕士.
[2]孙永剑,李仁旺,韦波.数据挖掘在服装企业决策支持中的应用[J].浙江工程学院学报,2004,04:21-24.
[3]于加晴,查建中,陆一平,徐文胜,李楠,M.Sobolewski.面向复杂产品的分布式协同设计系统[J].中南大学学报(自然科学版),2010,02:539-545.
[4]郑赟.急性低频感音神经性聋的前瞻性研究[D].浙江中医药大学,中医五官科学,2014,硕士.
[5]陈超.成功英语学习者在高级口译考试中听力考试策略的个案研究[D].扬州大学,英语语言文学,2012,硕士.
[6]庄林.近期热点文章[J].电化学,2013,03:289-290.
[7]严丽娥.集团企业内部战略协同应用研究[D].云南大学,工商管理,2012,硕士.
[8]饶德伟.几类多孔材料储氢性能的改性研究[D].南京理工大学,2013.
[9]王开鹏,张毅威,陈磊,闵勇.基于伴随系统理论的静态电压稳定鞍结分岔点计算[J].电力系统自动化,2009,14:7-11.
[10]陈莲莲.汉语成对相近集合量词的认知研究[D].温州大学,英语语言文学,2012,硕士.
[11]张德扬.钴、镍基纳米材料设计及其柔性储能应用[D].信阳师范学院,理论物理,2014,硕士.
[12]孟操.山西省物流业发展影响因素研究[D].山西师范大学,国民经济学,2013,硕士.
[13]顾秀林.经济学数量模型的选择与科布-道格拉斯生产函数[J].中国农村观察,2007,01:2-10+23+80.
[14]吕成鹏.基于分级量化压缩感知的多描述编码方法研究[D].大连海事大学,信息与通信工程,2013,硕士.
[15]覃凤飞,李强,崔棹茗,李洪萍,杨智然.越冬期遮阴条件下3个不同秋眠型紫花苜蓿品种叶片解剖结构与其光生态适应性[J].植物生态学报,2012,04:333-345.
[16]谭明雄.中药茅莓化学成分研究[D].广西师范大学,有机化学,2002,硕士.
[17]上官鹏鹏.提高赤铁矿光电化学氧化水性能的研究[D].浙江工业大学,2013.
[18]索伦.中国能源领域的参数影响分析[D].浙江大学,中国学,2013,硕士.
[19]王凤梅.刑事司法中的社会调查报告研究[D].山东大学,法律（专业学位）,2013,硕士.
[20]包双龠.合同纠纷语言问题研究[D].中国政法大学,法学理论,2013,硕士.
[21]何利娜.新课程标准下高中立体几何教学中的问题研究[D].河北师范大学,学科教学,2012,硕士.
[22]王丽丽.基于Contourlet变换的图像数字水印研究[D].西安电子科技大学,计算机应用技术,2011,硕士.
[23]刘晓彤.基于海洋开发背景的鲁浙海洋文化比较研究[D].浙江海洋学院,农村与区域发展（专业学位）,2014,硕士.
[24]张波.LPP基因与女性多囊卵巢综合征的相关性研究[D].山东大学,妇产科学,2013,硕士.
[25]张凯.医学研究性论文英文摘要的体裁分析[D].第四军医大学,外国语言学及应用语言学,2004,硕士.
[26]秦京志.多分辨率三维数据可视化方法研究[D].南京理工大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[27]李楚贞.中文微博主题层次识别方法研究[D].广东技术师范学院,系统理论,2014,硕士.
[28]叶泳杰.基于标杆管理的智能病房分析与设计[D].厦门大学,管理科学与工程,2014,硕士.
[29]贾雷.涡轮钻具叶片设计及CFD分析[D].内蒙古工业大学,精密仪器及机械,2013,硕士.
[30]马碧荣.低压大通量纳滤膜的制备及其性能研究[D].宁波大学,无机化学,2013,硕士.
[31]罗亚红1,2,李冬2,鲍林林1,许达2,蔡言安2,张杰2,3.长泥龄改良A2/O工艺的短程硝化反硝化除磷[J].化工学报.
[32]宋娟.家蚕BmDredd基因的克隆及其功能初探[D].西南大学,细胞生物学,2014,硕士.
[33]李健.慢病毒介导MicroRNA抑制胶质瘤细胞信号转导通路的研究[D].扬州大学,外科学,2011,硕士.
[34]蒙莉.民办高校融资现状及融资优化[D].宁夏大学,工商管理（专业学位）,2014,硕士.
[35]王永庆.中国有线电视产业化问题研究[D].北京交通大学,2007.
[36]李晓楠.高校体育教师工作压力与职业倦怠探究[J].学习月刊,2014,18:81-82.
[37]李小玲.三汇地区地下水浓度场三维数值模拟与预测[D].成都理工大学,环境科学,2013,硕士.
[38]黄晓钰.科学教育中科普剧资源的开发研究[D].西南大学,课程与教学论,2014,硕士.
[39]杨忠炯.LCZ35新型机械传动渣罐运输车的研制[J].矿业研究与开发.1999(05)
[40]周燕.网络环境下医学知识服务研究[D].黑龙江大学,2004.
[41]赵玉杰.大学生隐性思想政治教育研究[D].渤海大学,思想政治教育,2013,硕士.
[42]王旭珍,周泉,任素贞,万鹏,邱介山.溶剂热法制备Fe_3O_4/氧化石墨烯复合材料及其性能研究[J].功能材料,2015,03:45-49.
[43]韩凤茹.集装箱堆场毗邻交叉口通行能力与配时优化研究[D].大连海事大学,物流工程与管理,2013,硕士.
[44]汤颖.重庆地区农民工子女在初等教育中的语码取向分析[D].西南大学,英语语言文学,2014,硕士.
[45]高祖纯.岩溶地区高压帷幕灌浆试验研究[D].四川大学,水利工程,2003,硕士.
[46]张健伟.工程项目管理系统的设计与实现[D].吉林大学,软件工程,2014,硕士.
[47]王庆民.结构化P2P网络Chord协议的研究与改进[D].东北大学,计算机系统结构,2010,硕士.
[48]陈萍.启发式算法及其在车辆路径问题中的应用[D].北京交通大学,2009.
[49]李光远.老年住区开发与设计探究[D].西安建筑科技大学,建筑与土木工程,2013,硕士.
[50]蔡慧玉.胃食管反流性咳嗽的临床表现特点和穴位压痛规律的研究[D].北京中医药大学,针灸推拿学,2014,硕士.