表面修饰对Er3Yb3共掺杂ZnO、TiO2纳米晶上转换发光性能提高的研究

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1、浙江师范大学硕士学位论文表面修饰对Er3+_yb3+共掺杂ZnO、Ti02纳米晶上转换发光性能提高的研究ENHANCEN匝NTOFUP．CONⅦRSIONEMISSIONSINEr3+_yb3+CO．DOPEDZnOANDEr3+_yb3+CO．DOPEDTi02NANOPARTICLESAFTERSURFACEMODIFICATION硕士生：韩聪指导教师：李京波教授孟秀清副教授学科专业：凝聚态物理2013年5月表面修饰对Er3+_yb3+共掺杂ZnO、Ti02纳米晶上转换发光性能提高的研究摘要上转换发光材料，即具有

2、从低能级通过吸收光子而发光的新材料，这种材料的制备及其特性描述受到了广泛的关注，大量的研究表明，经过稀土掺杂的晶体、玻璃和陶瓷被认为是潜在的上转换材料，这种材料被用来制作短波长的激光器、传感器、彩色显示器和红外探测器等。然而上转换发光的效率并不是很高，因此如何提高上转换发光效率成为了人们广泛关注的话题。选择合适的基质材料，可以极大的提高上转换发光的效率。纤锌矿ZnO作为一种宽带隙半导体材料，具有较低的声子能量，是一种非常好的上转换基质材料；而Ti02也是一种稳定(其熔点高达1830。C)、无毒的、耐腐蚀的宽带隙(金红

3、石相3．0eV，锐钛矿相为3．2eV)的半导体材料，同样具有较低的声子能量，在制作上转换发光材料方面有很好的应用前景。在本文中，我们主要通过在ZnO和Ti02基质中共掺杂ErS+．yb”稀土离子，并对稀土掺杂后的样品进行表面修饰来提高样品的上转换发光效率，具体如下：1．Er3+_yb3+共掺杂ZnO纳米晶：应用溶胶凝胶法制备出一系列的Era+．yb3+共掺杂ZnO纳米晶作为籽晶，然后通过籽晶沉积的方法用Gd203对样品进行表面修饰。通过XRD和HRTEM测试表明：E，+．Yb3+共掺杂ZnO纳米晶的粒径大小为40．7

4、0nn3，Gd203壳层的厚度约为1nnl，同时，样品E的HRTEM测试结果表明Er3+．yb3+共掺杂ZnO纳米晶的晶格常数a=3．31A，比没有进行稀土离子掺杂的基质材料的晶格常数要大，这是因为Er3+和Yb3+的半径比Zn2+要大，用Gd203对样品进行表面修饰后会在ZnO纳米晶的表面形成厚度约为lnln的壳层，并且壳层是以多晶的形式包裹在核的外面。上转换发光研究表明：在980am的激光器激发下，所有的样品用肉眼均可以直接观测到明显的红光和绿光发射，样品的峰位于515．538am、538．567nm和646—6

5、74nln之间，这些发光峰分别由2Hll尼_4115小483／2-4115／2和4F眈-4115尼能级跃迁引起。表面修饰96小时后两种光的发光强度分别增加到原来的17．9和149．6倍，红绿比由原来的0．036变为0．298，这种材料在短波长激光器、传感器、彩色显示器和红外探测器等方面有潜在的应用价值。2．Er3+_yb3+共掺杂Ti02纳米晶：采用溶胶凝胶法制备出一系列的E?+_yb3+共掺杂Ti02纳米晶(其中E一的掺杂浓度一定，而坩+的掺杂浓度不同)，然后用Mo(N03)3对纳米晶进行不同时间的表面修饰。详细研

6、究了不同Yb3+掺杂浓度和不同的修饰时间对样品发光性能的影响。结构测试表明Er3+和Yb3+成功的掺杂进了Ti02基质中，Ti02单晶包裹在无定形的基质中。表面修饰之前样品的发光强度随着坩+浓度的增大，先增强然后减弱。表面修饰可以增强所有样品的发光强度，其中发光强度最大的样品是进行表面修饰24小时的Er3+(1％)．Yb3+(10呦共掺杂Ti02纳米晶。在980nm的激光器激发下，所有的样品用肉眼均可以直接看到发光现象，这种材料在太阳能电池和光子晶体等领域有潜在的应用价值。关键词：一+．坩+共掺杂ZnO、Ti02纳米

7、晶；溶胶凝胶法；表面修饰；上转换发光lIENHANCEN瑾疆呵TOFUP．CONVERSIONE蚤ⅢSSIONSINEr3+．Yb3+CO．DOPEDZnOAND。Er3+_Yb3+CO．DOPEDTi02NANOPARTICLESAFTERSURFACEMODIFICATl0NABSTRACTThedesignandcharacterizationofnewmaterialscapableofconvertinglow-energyphotonsinputintodiscretehigher-energylumin

8、escence(i．e．UC)havereceivedgreatattentionduetothepossibilitiesofutilizingthesematerialstoachieveshortwavelengthlaser,sensor,colordisplayandinfraredviewer．HoweveLup-conversio