稀土掺杂光功能玻璃陶瓷的合成、结构与性能研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 余运龙 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2008-06-03 |
| 授予单位 | 中国科学院福建物质结构研究所 |
| 授予地点 | 福建物质结构研究所 |
| 导师 | 王元生 |
| 关键词 | 玻璃陶瓷 稀土掺杂 ZnO量子点 晶化动力学 上转换发光 |
| 其他题名 | Synthesis, Microstructure and Optical Properties of Rare earth doped Glass Ceramics |
| 学位专业 | 凝聚态物理 |
| 中文摘要 | 稀土掺杂纳米玻璃陶瓷是近年来备受关注的一类新型光功能材料，在长距离光通信、激光、固态三维显示和太阳电池等领域具有广阔的应用前景。通过调整组分和热处理条件，实现对材料显微结构的调控，使掺杂的稀土离子进入晶相中，有助于获得透明性好、发光效率高、化学和热稳定性良好的光功能材料。本论文采用熔体急冷法制备稀土掺杂的含LaF3或BaF2纳米晶透明玻璃陶瓷，采用溶胶-凝胶法制备稀土掺杂的含SrF2纳米晶或ZnO半导体量子点透明玻璃陶瓷；应用差热分析、X射线粉未衍射、高分辨电子显微镜、吸收光谱和荧光光谱等技术，系统地研究了材料的晶化行为、显微结构和光学性能，并探讨了材料结构-光谱特性之间的关系。 对含LaF3:Nd3+玻璃陶瓷体系，晶化动力学研究表明，LaF3的晶化过程由原子长程扩散控制。在光谱实验数据基础上，应用Judd-Ofelt理论，计算了样品的Judd-Oflet强度参数Ω2, 4, 6、自发发射几率、辐射量子效率和受激发射截面；系统研究了Nd3+离子掺杂浓度对晶粒尺度以及光谱性能的影响。实验及计算结果表明，前驱玻璃晶化过程中，部分Nd3+离子进入LaF3晶相；随着玻璃陶瓷中Nd3+掺杂浓度的增加，其荧光寿命、辐射量子效率和发射截面相应下降。 对含BaF2:Er3+玻璃陶瓷体系，BaF2的晶化也属于扩散控制型。基于光谱实验数据和Judd-Ofelt理论，计算了Er3+离子的主要跃迁带4I13/2→4I15/2转变的光谱参数。在该材料中，Er3+离子4I13/2能级的荧光寿命长达13.39 ms，是目前已报道的各种玻璃和玻璃陶瓷基质中寿命最长的。此外，该材料在1540 nm处的增益品质因子和带宽品质因子均与目前商业应用的铝石英光纤相近，因而有望发展为新型光纤放大器基质材料。 在溶胶-凝胶法制备的Er3+:SrF2玻璃陶瓷体系中，热处理时SrF2纳米晶的形成与Sr2+-CF3COO-的分解同步进行；在热处理温度低于800 ℃时，SrF2晶粒尺度约为10 nm并保持不变，材料具有良好光透明性；而当温度升高到1000 ℃，由于SiO2网络结构被破坏，晶粒迅速长大，玻璃陶瓷透明性下降。单掺Er3+离子起阻碍SrF2晶化的作用，而共掺Na+或K+离子时，由于碱金属离子能减弱玻璃网络结构从而促进晶化，共掺Al3+离子起稳定SiO2网络的作用；Er3+与Al3+离子共掺样品可得到强的上转换发光，表明用溶胶-凝胶方法制备的该透明玻璃陶瓷能克服OH-基团导致的荧光猝灭，作为光学材料具有潜在应用价值。 在含ZnO量子点玻璃陶瓷体系中，ZnO晶粒尺度可控制在3-6 nm，并均匀分布在非晶SiO2基质中。在335 nm紫外光激发下，ZnO量子点的缺陷态发射385 nm荧光；随着玻璃陶瓷中稀土Eu3+掺杂浓度增加，ZnO量子点缺陷态发光持续减弱，而Eu3+离子可见发光相应增强。结合激发谱测量结果，证实样品中存在ZnO半导体量子点向Eu3+离子的能量传递过程；通过ZnO量子点的敏化作用，Eu3+的发光能增强10倍左右。据我们所知，这是国际上首次在块体透明玻璃陶瓷中实现ZnO量子点敏化的稀土离子发光。该材料在扩展硅太阳电池有效响应频谱范围，提高光电转换效率方面，具有重要应用前景。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-05-09 |
| 页码 | 103 |
| 源URL | [http://ir.fjirsm.ac.cn/handle/350002/7476]  |
| 专题 | 福建物质结构研究所_中科院福建物质结构研究所_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 余运龙. 稀土掺杂光功能玻璃陶瓷的合成、结构与性能研究[D]. 福建物质结构研究所. 中国科学院福建物质结构研究所. 2008. |
入库方式： OAI收割
来源：福建物质结构研究所
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