能量轉(zhuǎn)換材料的光子協(xié)同增強(qiáng)效應(yīng)與結(jié)構(gòu)相調(diào)制.pdf

1、能量轉(zhuǎn)換材料廣泛應(yīng)用于光學(xué)、磁學(xué)、電學(xué)等科學(xué)領(lǐng)域。光致發(fā)光能量轉(zhuǎn)換材料的研究關(guān)系著激光晶體材料、太陽能電池、生物熒光標(biāo)記、熒光顯示材料、長余輝發(fā)光材料等關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域，其能量轉(zhuǎn)換機(jī)制及晶體場調(diào)節(jié)等對發(fā)光中心的影響是制約發(fā)光特征和效率的主要因素。為了提高光致發(fā)光能量轉(zhuǎn)換材料的性能，我們提出了紫外光和紅外光的光子協(xié)同增強(qiáng)效應(yīng)的物理模型，設(shè)計(jì)了相關(guān)實(shí)驗(yàn)，研究了該機(jī)制的可行性;為了探索內(nèi)部電荷再分布對能量轉(zhuǎn)換材料的合成機(jī)理和光學(xué)性質(zhì)的影響，我們研

2、究了金屬離子摻雜對能量轉(zhuǎn)換材料的結(jié)構(gòu)相和熒光調(diào)制。本論文的具體研究內(nèi)容如下:
　　1.我們介紹了稀土摻雜能量轉(zhuǎn)換材料的種類、特征、應(yīng)用以及制備方法，光伏電池的發(fā)展?fàn)顩r以及從光學(xué)角度提高光伏效率的途徑。
　　2.我們提出了光子協(xié)同增強(qiáng)效應(yīng)機(jī)制，并合成了Er3+摻雜的YbF3和NaGdF4磷光體。在紫外光和紅外光的單模和雙模激發(fā)下，研究分析了這兩種磷光體的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)熒光光譜的變化趨勢。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在369 nm+980 nm雙模共

3、激發(fā)下，紫外光和紅外光的光子協(xié)同增強(qiáng)效應(yīng)在Er3+摻雜的YbF3中能夠?qū)崿F(xiàn)，并獲得了最大為10.43％的656 nm紅光的絕對增強(qiáng)。在370 nm（或442nm）+1.54μm雙模共激發(fā)下，在Er3+摻雜的NaGdF4中實(shí)現(xiàn)了紫外光（或藍(lán)光）和紅外光的協(xié)同效應(yīng)，獲得了最大為42.2％的658 nm紅光的絕對增強(qiáng)。通過分析紅外光的光子數(shù)的變化和紅光的熒光壽命的變化，我們證明了光子協(xié)同增強(qiáng)效應(yīng)的存在性。該工作為解決光電轉(zhuǎn)換過程中紅外光的子帶

4、損失和紫外光的熱損失問題提供了新的思路。
　　3.我們提出了在藍(lán)光激發(fā)下實(shí)現(xiàn)白光LED的設(shè)想，制備了Eu3+/Ho3+摻雜的TGNL玻璃，研究了該玻璃在藍(lán)光激發(fā)下的瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)熒光光譜。在458 nm藍(lán)光激發(fā)下，從Eu3+和Ho3+摻雜的TGNL玻璃的發(fā)射譜在1931-CIE(X，Y)色坐標(biāo)上的染色點(diǎn)可以看出，熒光的顏色從綠光跨過黃光進(jìn)入紅光區(qū)，實(shí)現(xiàn)了顏色的寬范圍調(diào)節(jié)。從能量傳遞角度，我們分析了Eu3+-Ho3+體系的能量轉(zhuǎn)移對多色

5、熒光發(fā)射的調(diào)節(jié)作用。該工作為解決目前商用YAG∶Ce3+白光LED熒光粉的顯色指數(shù)比較差的問題提供了新的方法。
　　4.我們通過控制合成樣品的形貌控制其光學(xué)性質(zhì)，探索了納米盤、微米管、納米棒三種形貌對單一Na1.23Ca0.12Y1.28Er0.24F6磷光體的光致發(fā)光和光電性質(zhì)的影響。我們用水熱法合成了Na1.23Ca0.12Y1.28Er0.24F6納米盤、微米管、納米棒，在980 nm激發(fā)下探索了不同形貌的六角相Na1.23

6、Ca0.12Y1.28Er0.24F6的熒光發(fā)射，發(fā)現(xiàn)Na1.23Ca0.12Y1.28Er0.24F6納米盤、微米管、納米棒發(fā)射出藍(lán)光、紅黃光、紅光多色熒光。同時(shí)在980 nm激發(fā)下，Na1.23Ca0.12Y1.28Er0.24F6納米盤、微米管、納米棒也表現(xiàn)出新穎的內(nèi)部光電效應(yīng)。我們實(shí)現(xiàn)了通過調(diào)制Na1.23Ca0.12Y1.28Er0.24F6的形貌控制多色熒光發(fā)射和內(nèi)部光電效應(yīng)，并給出了相應(yīng)的物理解釋。
　　5.我們從晶

7、體內(nèi)部電荷的變化調(diào)制熒光材料的結(jié)構(gòu)和光譜出發(fā)，研究了電荷再分布對氟化物材料的形貌、尺寸、相結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)的調(diào)制作用。我們用水熱法合成了Bi3+，Al3+，Gd3+，Yb3+摻雜的BaF2和SrF2微納晶體，Pr3+摻雜的NaYF4∶18％Yb3+/2％Er3+，Ca2+和Er3+摻雜的NaGdF4晶體，通過SEM、TEM、能譜和光譜的分析，研究了摻雜前后的形貌、尺寸、相結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)的變化情況，并利用密度泛函理論計(jì)算出了金屬離子摻雜對B

8、aF2和SrF2等晶胞的電荷差分變化。理論結(jié)合實(shí)驗(yàn)提出了電荷再分配對氟化物形貌、相結(jié)構(gòu)的調(diào)制原理。
　　6.我們提出了在一層薄膜中同時(shí)實(shí)現(xiàn)減反和轉(zhuǎn)光雙效作用的設(shè)想，用PS小球模板法制備了Y2O3∶Er3+多孔金字塔陣列，實(shí)現(xiàn)了孔徑尺寸可控。我們研究了Y2O3∶Er3+多孔金字塔陣列的透射譜和在1.538μm紅外光激發(fā)下的熒光光譜，結(jié)果發(fā)現(xiàn)孔徑對陣列的光透過率有調(diào)節(jié)作用，當(dāng)孔徑為420 nm時(shí)樣品達(dá)到87％～96％最佳的透光率。此外