银纳米晶增强掺稀土重金属玻璃的发光机制研究

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稀土离子掺杂重金属氧化物玻璃在激光器,光纤放大器,光纤通信,显示器和宽带隙太阳能电池等领域具有广泛的应用。铋酸盐玻璃和碲酸盐玻璃属于典型的重金属氧化物玻璃。它们都具有优良的物理性能和化学性能,如:优良的透红外性能,高折射率,高密度,良好的热稳定性和较低的声子能量,是良好的稀土离子掺杂基质材料。在银纳米粒子掺杂的铋酸盐玻璃中Tm3+:1.47μm荧光强度显著增强。采用熔融淬火法制备了一系列60Bi2O3-20Si O2-20Ga2O3-1Tm2O3-x Ag NO3(x=0.0,0.1,0.5,1.0,1.2,1.5,1.7和2.0 mol%)玻璃体系。X射线衍射图显示了玻璃的非晶态性质。透射电镜图像表示了平均直径为7.5 nm的银纳米粒子在玻璃中的均匀分散。根据吸收光谱,纳米银的局域表面等离子体子共振谱带位于477-570 nm附近,并随着纳米银含量的增加向长波方向移动。在800 nm激光二极管的激发下,Tm3+在1.47μm处的发射强度提高了6倍之多,这主要是由于银纳米颗粒的局域电场增强所致。并且计算了1.47μm的半高宽、发射截面和品质因子,分别为128 nm、4.8×10-21 cm2和6.14×10-26 cm3。结果表明,该玻璃是一种具有潜在应用前景的S波段光放大器增益介质。用于太阳能转换的宽带隙太阳能电池是绿色和可再生能源。但是宽带隙太阳能电池具有较低的光伏转换效率。通过波长转换,将不能被吸收的光子转换成可被吸收的光子是提高太阳能光电转换效率的有效途径之一。采用熔融淬火法制备了一系列(69-x)Te O2-20B2O3-10Zn O-1Er2O3-x Ag(x=0.0,0.25,0.5,1.0mol%)玻璃体系。用吸收光谱和荧光光谱表征了碲酸盐玻璃的光学特性。通过激发波长分别为358 nm、366 nm和379nm的玻璃来表征Er3+的下转换发射。在980 nm激发波长下对Er3+的上转换发射进行了表征。发射光谱显示了银纳米颗粒与Er3+之间相互的作用。与不掺杂银纳米粒子的掺铒样品相比,含0.5 mol%银纳米粒子的Er3+转换发射强度分别提高到60%(激发波长=358nm)、40%(激发波长=366 nm)和27%(激发波长=379 nm)。对于含0.5 mol%银纳米粒子的玻璃,532、554和671 nm处的上转换发射强度分别提高了125%、250%和166%。
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