Ho3+掺杂NaYF4纳米颗粒的荧光特性及温度传感特性

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本文研究了Ho3+掺杂Na YF4纳米颗粒的发光特性及其特定发光强度比的温度传感特性。分析了Ho3+掺杂浓度对发光强度的影响及对应的浓度猝灭机理;基于荧光强度比(FIR)技术,研究了Na YF4:3%Ho3+样品在可见和近红外波段的温度传感特性;通过共掺Yb3+离子增强了材料的近红外光发射,证明了Ho3+-Yb3+之间的能量传递过程并分析了最佳近红外发射样品的温度传感性能。本文工作对进一步研究稀土发光性质以及开发新型光学温度传感材料具有参考价值,主要研究内容如下:第一部分采用共沉淀法制备了Ho3+掺杂的Na YF4纳米颗粒,研究不同Ho3+掺杂浓度对材料发光性能的影响。通过样品的激发光谱、发射光谱确定了Na YF4:Ho3+的最佳激发光为447 nm,分析了各发光峰的能级跃迁过程。结合相关能级的荧光寿命曲线,证明了Ho3+离子间的交叉弛豫过程是材料荧光浓度猝灭的主要原因。第二部分在第一部分研究的基础上,选取发光性能较好的Na YF4:3%Ho3+样品为研究对象,研究温度对其发光性能的影响。通过测量113 K-473 K范围内样品的发射光谱,发现各荧光强度随温度升高而呈现不同的变化趋势;结合与Na YF4:3%Ho3+@Na YF4纳米颗粒的荧光性能对比,证明了材料荧光热猝灭的主要原因是无辐射弛豫过程。实验结果表明Na YF4:3%Ho3+在可见与近红外波段拥有良好的光学温度传感性能,最佳绝对和相对温度灵敏度分别为0.0995 K-1与0.93%K-1,该性能在已报导同类型Ho3+掺杂的光学温度传感材料中属于领先地位。第三部分制备了Ho3+与Yb3+共掺杂的Na YF4纳米颗粒。比较了不同Yb3+掺杂浓度对Na YF4:3%Ho3+,x%Yb3+(x=0,1,3,5,7,10)荧光性能的影响;结合荧光光谱与荧光衰减曲线分析了Na YF4:Ho3+,Yb3+材料发光中的能量跃迁过程并论证了近红外波段的荧光增强源于Ho3+-Yb3+之间的高效能量传递。结果表明,共掺Yb3+离子有效增强了材料的近红外发光强度,在Na YF4:3%Ho3+,3%Yb3+样品中达到最佳的近红外光发射,最大增强因子为18。然而由于Ho3+-Yb3+之间的能量传递过程对温度变化并不敏感,Yb3+离子的掺入减弱了材料近红外荧光的温度敏感性,导致Na YF4:3%Ho3+,3%Yb3+的温度传感性能弱于Na YF4:3%Ho3+样品。
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