上轉(zhuǎn)換材料及其發(fā)光機(jī)理

1、上轉(zhuǎn)換材料及其發(fā)光機(jī)理上轉(zhuǎn)換材料及其發(fā)光機(jī)理2主要內(nèi)容主要內(nèi)容上轉(zhuǎn)換機(jī)理上轉(zhuǎn)換機(jī)理1上轉(zhuǎn)換材料上轉(zhuǎn)換材料2實(shí)例分析實(shí)例分析3一、上轉(zhuǎn)換機(jī)理 是一種紅外光激發(fā)下能發(fā)出可見光的發(fā)光材料，即將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的材料。其特點(diǎn)是所吸收的光子能量低于發(fā)射的光子能量。這種現(xiàn)象違背了Stokes定律，又稱反Stokes發(fā)光材料 發(fā)光中心相繼吸收兩個(gè)或多個(gè)光子，在經(jīng)過無輻射弛豫達(dá)到發(fā)光能級(jí)，由此躍遷到基態(tài)放出一可見光子。發(fā)光機(jī)理上轉(zhuǎn)換材料4發(fā)光要求 為了有效實(shí)現(xiàn)雙光子或多光子效應(yīng)，發(fā)光中心的亞穩(wěn)態(tài)需要有較長(zhǎng)的能級(jí)壽命。稀土離子能級(jí)之間的躍遷屬于禁戒的f-f 躍遷，因此有長(zhǎng)壽命，符合此條件。能級(jí)3-2之間能量差

2、與能級(jí)2-1之間的能量差相等。若某一輻射的能量與上述能量差一致，則會(huì)發(fā)生激發(fā)，離子會(huì)從1激發(fā)到2，如果能級(jí)2的壽命不是太短，則離子從2激發(fā)到3.最后就發(fā)生了從3到1的發(fā)射。5實(shí)際的上轉(zhuǎn)換過程能量傳遞機(jī)理，離子A將能量傳遞給離子B，從而能夠從更高能級(jí)發(fā)射兩步吸收機(jī)理，僅由一個(gè)離子完成協(xié)同敏化機(jī)理，兩個(gè)A離子將能量傳遞給C離子，由C的激發(fā)產(chǎn)生發(fā)射協(xié)同發(fā)光機(jī)理，將兩個(gè)A離子的激發(fā)能量結(jié)合，形成一個(gè)產(chǎn)生發(fā)射的光量子二階諧波機(jī)理，輻射光頻率被加倍在完全不借用任何中間能級(jí)的情況下，雙光子同時(shí)被吸收，然后一個(gè)光子從其激發(fā)能級(jí)產(chǎn)生發(fā)射不同機(jī)理的雙光子上轉(zhuǎn)換效率機(jī)理機(jī)理效率效率實(shí)力實(shí)力連續(xù)能量傳遞10-2YF3

3、;Yb3+,Er3+兩步吸收10-5SrF2;Er3+協(xié)同敏化10-6YF3;Yb3+,Tb3+協(xié)同發(fā)光10-8YbPO4產(chǎn)生二階諧波10-11KH2PO4雙光子吸收激發(fā)10-13CaF2;Eu2+二、上轉(zhuǎn)換材料二、上轉(zhuǎn)換材料71、摻雜Yb3+和Er3+的材料Yb3+(2F7/22F5/2)吸收近紅外輻射，并將其傳遞給Er3+，因?yàn)镋r3+的4I11/2能級(jí)上的離子被積累，在4I11/2能級(jí)的壽命為內(nèi)，又一個(gè)光子被Yb3+吸收，并將其能量傳遞給Er3+，使Er3+離子從4I11/2能級(jí)躍遷到4F7/2能級(jí)?？焖偎p，無輻射躍遷到4S3/2，然后由4S3/2能級(jí)產(chǎn)生綠色發(fā)射（ 4S3/2 4I1

4、5/2 ），實(shí)現(xiàn)以近紅外光激發(fā)得到綠色發(fā)射?；|(zhì)晶格與轉(zhuǎn)換效率在激發(fā)密度和激活劑濃度保持恒定的條件下，轉(zhuǎn)換效率依賴于基質(zhì)晶格種類，在氧化物系統(tǒng)中，由于發(fā)光離子與其周圍配位環(huán)境之間具有較強(qiáng)的作用，使氧化物中稀土能級(jí)的熒光壽命要比氟化物中的短，因此作為轉(zhuǎn)換材料的機(jī)制，氟化物比氧化物更為合適92、摻雜Yb3+和Tm3+的材料通過三光子上轉(zhuǎn)換過程，可以將紅外輻射轉(zhuǎn)換為藍(lán)光發(fā)射。第一步傳遞之后，Tm3+的3H5能級(jí)上的粒子數(shù)被積累，他又迅速衰減到3F4能級(jí)。在第二步傳遞過程中，Tm3+從3F4能級(jí)躍遷到3F2能級(jí)，并又快速衰減到3H4。緊接著，在第三步傳遞中，Tm3+從3H4能幾月前到1G4能級(jí)，并最終

5、由此產(chǎn)生藍(lán)色發(fā)射。103、摻雜Er3+或Tm3+的材料僅摻雜有一種離子的材料，是通過兩步或者更多步的光子吸收實(shí)現(xiàn)上轉(zhuǎn)換過程。單摻Er3+的材料，吸收800nm的輻射，躍遷至可產(chǎn)生綠色發(fā)射的4S3/2能級(jí)。單摻Tm3+的材料吸收650nm的輻射，被激發(fā)到可產(chǎn)生藍(lán)色發(fā)射的1D2能級(jí)和1G4能級(jí)。三、實(shí)例分析三、實(shí)例分析111、樣品制備與光譜測(cè)試得到樣品，并通過X射線衍射儀進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征按配比將氟化稀土混合物與氟硅酸鈉均勻研磨，HF-N2氣氛中，管式爐中630o焙燒然后加入HF使稀土氧化物轉(zhuǎn)化為氟化物共沉淀，空氣中120o干燥10h按配比稱取高純氧化物(La2O3,Y2O3,Yb2O3和Er2O3)，

6、并用濃硝酸溶解NaOH吸收SiF4122、激發(fā)機(jī)理Er3+的綠色發(fā)射，由基態(tài)經(jīng)由4I11/2到4F7/2能記得兩步激發(fā)，隨后無輻射衰減到2I11/2和4S3/2能級(jí)，最后輻射躍遷回基態(tài)，發(fā)出綠光Er3+的紅色發(fā)射：A、由4S3/2能級(jí)經(jīng)無輻射衰減到紅色發(fā)射的4F9/2能級(jí)B、 Er3+接受Yb 3+傳遞來的三個(gè)光量子，由4S3/2能級(jí)激發(fā)至2G7/2，無輻射弛豫到4G11/2，衰減到紅色發(fā)射4F9/2能級(jí)，并將多余能量逆?zhèn)鬟f給Yb 3+C、 Er3+在第一步激發(fā)后，從4I11/2無輻射衰減到4I13/2，再激發(fā)到紅色發(fā)射的4F9/2能級(jí)133、實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論NaY0.77Yb0.20Er0.03F4在970nm紅外和365nm紫外激發(fā)下的發(fā)射光譜。兩個(gè)譜圖均包括著綠色和紅色兩種發(fā)射譜峰結(jié)構(gòu)，只是隨著激發(fā)光譜的改變，綠色和紅色發(fā)射強(qiáng)度比發(fā)生顯著變化。紅外激發(fā)下顯示綠色，紫外激發(fā)下顯示黃色143、實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論NaY0.77Yb0.20Er0.03F4的綠色發(fā)射和紅色發(fā)射的激發(fā)光譜。在綠色發(fā)射的激發(fā)光譜中，可以清楚地觀察到源于4F7/2、 4F5/2、 4F3/2和 2H9/2等的激發(fā)峰，而在紅色發(fā)射的激發(fā)光譜