论文部分内容阅读
近年来,稀土掺杂的近红外下转换发光材料由于在硅基太阳能电池上的巨大潜在应用引起了研究者的极大关注。在过去的十几年里,研究者致力于开发高效的、具有近红外下转换发光的稀土离子体系。由于这些体系的发光过程多与基质的声子能量以及基质结构有关,因此开发性能优良的基质材料也极为重要。然而,即使在合适的基质中,多数稀土离子属于f-f跃迁,其激发光谱较窄且弱、激发效率低、激发后非辐射跃迁几率高、敏化剂离子自发辐射强、有效能量转换效率低,这些因素严重地限制了它们的实际应用。如何简便有效地提高稀土离子下转换发光的能量传递效率和激发效率,是此类材料的关键问题,而利用光子晶体带隙以及其与金属纳米颗粒的表面等离子的协同作用可能会提高这些体系的发光效率。本论文就金、银纳米颗粒及其团簇体和光子带隙协同作用下的稀土掺杂下转换发光材料的发光性质及其机理进行详细的研究。实验选择了YPO4:Tm3+/Tb3+, Yb3+、SiO2:Tb3+, Yb3\Y3Al5Oi2:Ce3+, Yb3+四种经典的近红外下转换体系进行研究。通过结合模板法和溶胶凝胶法制备了这四种体系的反蛋白石光子晶体,研究了反蛋白石光子晶体的光子带隙对Tm3+/Yb3\Tb3+/Yb3+以及Ce3+/Yb3+下转换发光的影响。实验结果表明,当光子带隙与敏化离子发射峰位置重叠时,敏化离子该波段的自发辐射跃迁受到抑制,而Yb3+的近红外发光得到有效的增强；当光子带隙位置不与敏化离子发射峰位置重叠时,光子带隙对稀土离子的发光没有影响。在SiO2:Tb3+,Yb3+光子晶体中,通过引入Ag+,烧结后得到Ag纳米颗粒及其团簇体。结果表明Ag纳米颗粒的析出可以有效的增强Tb3+-Yb3+的可见-近红外发光；同时,不同种类的Ag团簇可有效地敏化Tb3+或Yb3+,其激发谱呈宽带,激发强度高,可有效的提高近红外发光强度。在Y3AlsO12：Ce3+,Yb3+光子晶体中,通过包覆Si02壳层,修饰了光子晶体作为大孔材料的表面缺陷,减小了激发光源的反射,进而大大提高了Ce3+-Yb3+的可见-近红外发光。除此之外,通过在Si02壳层引入Au纳米颗粒,由于Au纳米颗粒的表面等离子体效应提高了Ce3+的吸收,且Au对红外光的极大反射减少了近红外光的再吸收,实现了Ce3+-Yb3+可见-近红外发光的进一步增强。