稀土摻雜鎢酸鈣多晶粉的製備及其上裝換性能研究-稀土離子簡介 (2)
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- 分類：鎢的知識
- 發佈於：2015-07-14, 週二 11:58
- 作者 xinyi
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稀土摻雜鎢酸鈣多晶粉的製備及其上裝換性能研究-稀土離子簡介:
Ho3+離子的外層電子構型為4f10，可用于上轉換發光，但其首次發光是在Yb3+離子的敏化作用下。早在1971年， Johnson等人用960nm雷射器對BaY2F8：Yb3+，Ho3+玻璃進行激發，在670nm和551.5nm處出現明顯發射峰。研究發現Ho3+離子的5S2、5F4、5I8和5I7等能級躍遷能產生不同發射峰。Ho3+離子的外層有10個電子（4f10），因此有多種不同的躍遷方式，其中波長為545nm的綠光發射源於5S2,5F4到5I8能級躍遷，波長為659nm的紅光發射源於5F5至5I8能級躍遷。Yb3+離子對Ho3+離子敏化效率高，使Ho3+離子吸收能量發生電子能級躍遷。在Ho3+離子摻雜的系統中，上轉換發光強度一般與Ho3+離子濃度有關，而且在高濃度摻雜情況下一般會出現濃度猝滅效應。Ho3+離子濃度過高會將能量反向轉移到Yb3+離子，這個過程對上轉換十分不利。因此，本實驗採用Ho3+離子進行上轉換綠光和紅光發射，通過改變Ho3+、Yb3+濃度比例調節上轉換綠光和紅光發光強度。
Tm3+離子的價電子構型4f12，,也可用于上轉換發光。Tm3+離子在不同基質材料中均能產生上轉換效應，如玻璃、晶體等。Tm3+離子可以單獨摻雜上轉換基質材料，利用特定波長的激發光源，通過激發態吸收或者光子雪崩等上轉換機理實現上轉換發光。Tm3+離子同樣可以和敏化劑Yb3+離子共同摻雜，通過Yb3+對Tm3+離子的能量轉移，可以使Tm3+離子的上轉換發光效率提高。如在LiYF4 ：Yb3+/Tm3+晶體中，在780nm光源激發下，可以形成Yb3+和Tm3+離子兩光子連續能量傳遞過程，自由電子最終躍遷到1G4能級，在475nm處產生上轉換藍光發射。因此，本實驗採用Tm3+離子實現上轉換藍光發射。
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稀土摻雜鎢酸鈣多晶粉的製備及其上裝換性能研究-稀土離子簡介 (1)
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- 發佈於：2015-07-14, 週二 11:55
- 作者 xinyi
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稀土摻雜鎢酸鈣多晶粉的製備及其上裝換性能研究
稀土離子簡介
近年來，稀土元素在許多領域被化學家們廣泛研究，但並沒有嚴格的定義。廣義的稀土元素是指一類化學性質比較相似的元素，即鑭系元素和鈧、釔，總共17個元素。三價稀土元素被廣泛應用于上轉換發光。啟動離子可以單獨摻雜上轉換基質材料，也可以與敏化離子共同作用進行摻雜。在單摻材料中，主要利用稀土離子直接吸收泵浦能量發生能級躍遷而發光，由於稀土離子不易直接吸收紅外能量，因此這類材料的上轉換效率較低。如果提高摻雜離子的濃度發光強度會有所改變，濃度過大會發生螢光猝滅，即上轉換發光強度急劇下降。人們對上轉換螢光猝滅現象進行了較多的研究，不斷尋求解決辦法。為了使能量傳遞效率提高，往往摻雜敏化離子進行能量傳遞。通常摻雜的敏化離子濃度較高，如Yb3+，其2F7/2→ 2F5/2躍遷吸收大量能量，對950~1000nm鐳射提供的能量吸收效率較高。Yb3+離子的激發態比啟動離子Er3+、Ho3+、Tm3+的激發亞穩態高，能有效地將能量傳遞給這些啟動離子，進行兩光子或多光子連續能量傳遞，從而使啟動離子發生能級躍遷，發射特定波長的光，上轉換發光效率提高。Yb3+離子的摻雜濃度通常比啟動離子濃度高，有利於離子之間的交叉弛豫，從而提高能量傳遞效率。因此， 敏化劑Yb3+離子可以提高能量傳遞效率，上轉換敏化可以作為上轉換發光的增強機制。
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稀土摻雜鎢酸鈣多晶粉的製備及其上裝換性能研究-鎢酸鈣晶體結構
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- 發佈於：2015-07-14, 週二 11:50
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稀土摻雜鎢酸鈣多晶粉的製備及其上裝換性能研究
鎢酸鈣晶體結構
鎢酸鈣晶體為體心四方結構，圖1-1為其晶體結構模型。由圖中可以看出，晶胞中心為W6+，分別與四個O2-相連，通過配位元形成四面體結構。同時Ca2+離子與周圍的八個O2-連接，通過配位形成四面體晶胞。這些晶胞是構成鎢酸鈣體心四方結構的基本單元。
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稀土摻雜鎢酸鈣多晶粉的製備及其上裝換性能研究-鎢酸鹽晶體能帶理論
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- 發佈於：2015-07-14, 週二 11:52
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稀土摻雜鎢酸鈣多晶粉的製備及其上裝換性能研究-鎢酸鹽晶體能帶理論
鎢酸鹽在沒有稀土離子摻雜的情況下能自發光，與其能帶結構有關，主要是由WO42-離子中W6+和O2-能級之間躍遷產生的。能級躍遷方式如圖1-2所示。
由圖中可以看出，激發態能級E2和E3向基態能級E1躍遷（分別對應A和B過程）；同時此過程可逆，基態能級E1向激發態能級E2和E3躍遷（分別對應C和D）。研究發現，鎢酸鹽的自發光現象是由B過程產生的，即E2能級向E1能級躍遷發光。
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稀土摻雜鎢酸鈣多晶粉的製備及其上裝換性能研究-基質鎢酸鹽簡介
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- 發佈於：2015-07-14, 週二 11:44
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鎢酸鹽基於其特殊的晶體結構及能帶結構，在不進行稀土離子摻雜時也能在多種波段（如紫外、X射線、近紅外）射線激發下發光，因此近年來受到廣泛關注。
鎢酸鈣聲子能量低，降低了稀土離子中間能級的無輻射弛豫速率，減少能量損失，從而提高上轉換發光效率，但其光產額很低。鎢酸鋅是一種優良的閃爍晶體，已用於粒子鑒別、能譜測量等方面，且Zn2+具有較好的抗光損傷性能，能夠極大的提高發光效率，增加螢光壽命。但鎢酸鋅單晶生長工藝複雜，且成本較高，因此其應用受到一定限制。本實驗所選取的基質材料為鎢酸鈣鋅，即以鎢酸鈣作為基質，其中摻雜少量Zn2+離子，對其發光性能進行研究。將兩種鎢酸鹽優良的性能相結合，既彌補了鎢酸鈣光產額低的缺陷，又避免了單晶生長的複雜工藝，具有很高的研究價值。
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