稀土掺杂钨酸钙多晶粉的制备及其上装换性能研究-稀土离子简介(2)
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- 分类：钨业知识
- 发布于 2015年7月14日 星期二 10:02
- 作者：xinyi
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稀土掺杂钨酸钙多晶粉的制备及其上装换性能研究-稀土离子简介
Ho3+离子的外层电子构型为4f10，可用于上转换发光，但其首次发光是在Yb3+离子的敏化作用下。早在1971年， Johnson等人用960nm激光器对BaY2F8：Yb3+，Ho3+玻璃进行激发，在670nm和551.5nm处出现明显发射峰。研究发现Ho3+离子的5S2、5F4、5I8和5I7等能级跃迁能产生不同发射峰。Ho3+离子的外层有10个电子（4f10），因此有多种不同的跃迁方式，其中波长为545nm的绿光发射源于5S2,5F4到5I8能级跃迁，波长为659nm的红光发射源于5F5至5I8能级跃迁。Yb3+离子对Ho3+离子敏化效率高，使Ho3+离子吸收能量发生电子能级跃迁。在Ho3+离子掺杂的系统中，上转换发光强度一般与Ho3+离子浓度有关，而且在高浓度掺杂情况下一般会出现浓度猝灭效应。Ho3+离子浓度过高会将能量反向转移到Yb3+离子，这个过程对上转换十分不利。因此，本实验采用Ho3+离子进行上转换绿光和红光发射，通过改变Ho3+、Yb3+浓度比例调节上转换绿光和红光发光强度。
Tm3+离子的价电子构型4f12，,也可用于上转换发光。Tm3+离子在不同基质材料中均能产生上转换效应，如玻璃、晶体等。Tm3+离子可以单独掺杂上转换基质材料，利用特定波长的激发光源，通过激发态吸收或者光子雪崩等上转换机理实现上转换发光。Tm3+离子同样可以和敏化剂Yb3+离子共同掺杂，通过Yb3+对Tm3+离子的能量转移，可以使Tm3+离子的上转换发光效率提高。如在LiYF4 ：Yb3+/Tm3+晶体中，在780nm光源激发下，可以形成Yb3+和Tm3+离子两光子连续能量传递过程，自由电子最终跃迁到1G4能级，在475nm处产生上转换蓝光发射。因此，本实验采用Tm3+离子实现上转换蓝光发射。
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稀土掺杂钨酸钙多晶粉的制备及其上装换性能研究-稀土离子简介(1)
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- 发布于 2015年7月14日 星期二 09:46
- 作者：xinyi
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稀土掺杂钨酸钙多晶粉的制备及其上装换性能研究-稀土离子简介：
近年来，稀土元素在许多领域被化学家们广泛研究，但并没有严格的定义。广义的稀土元素是指一类化学性质比较相似的元素，即镧系元素和钪、钇，总共17个元素。三价稀土元素被广泛应用于上转换发光。激活离子可以单独掺杂上转换基质材料，也可以与敏化离子共同作用进行掺杂。在单掺材料中，主要利用稀土离子直接吸收泵浦能量发生能级跃迁而发光，由于稀土离子不易直接吸收红外能量，因此这类材料的上转换效率较低。如果提高掺杂离子的浓度发光强度会有所改变，浓度过大会发生荧光猝灭，即上转换发光强度急剧下降。人们对上转换荧光猝灭现象进行了较多的研究，不断寻求解决办法。为了使能量传递效率提高，往往掺杂敏化离子进行能量传递。通常掺杂的敏化离子浓度较高，如Yb3+，其2F7/2→ 2F5/2跃迁吸收大量能量，对950~1000nm激光提供的能量吸收效率较高。Yb3+离子的激发态比激活离子Er3+、Ho3+、Tm3+的激发亚稳态高，能有效地将能量传递给这些激活离子，进行两光子或多光子连续能量传递，从而使激活离子发生能级跃迁，发射特定波长的光，上转换发光效率提高。Yb3+离子的掺杂浓度通常比激活离子浓度高，有利于离子之间的交叉弛豫，从而提高能量传递效率。因此， 敏化剂Yb3+离子可以提高能量传递效率，上转换敏化可以作为上转换发光的增强机制。
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稀土掺杂钨酸钙多晶粉的制备及其上装换性能研究-钨酸钙晶体结构
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- 发布于 2015年7月14日 星期二 09:29
- 作者：xinyi
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钨酸钙晶体结构
钨酸钙晶体为体心四方结构，图1-1为其晶体结构模型。由图中可以看出，晶胞中心为W6+，分别与四个O2-相连，通过配位形成四面体结构。同时Ca2+离子与周围的八个O2-连接，通过配位形成四面体晶胞。这些晶胞是构成钨酸钙体心四方结构的基本单元。
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稀土掺杂钨酸钙多晶粉的制备及其上装换性能研究-钨酸盐晶体能带理论
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- 发布于 2015年7月14日 星期二 09:34
- 作者：xinyi
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稀土掺杂钨酸钙多晶粉的制备及其上装换性能研究-钨酸盐晶体能带理论
钨酸盐在没有稀土离子掺杂的情况下能自发光，与其能带结构有关，主要是由WO42-离子中W6+和O2-能级之间跃迁产生的。能级跃迁方式如图1-2所示。
由图中可以看出，激发态能级E2和E3向基态能级E1跃迁（分别对应A和B过程）；同时此过程可逆，基态能级E1向激发态能级E2和E3跃迁（分别对应C和D）。研究发现，钨酸盐的自发光现象是由B过程产生的，即E2能级向E1能级跃迁发光。
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稀土掺杂钨酸钙多晶粉的制备及其上装换性能研究-基质钨酸盐简介
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- 发布于 2015年7月14日 星期二 09:18
- 作者：xinyi
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基质钨酸盐简介：
钨酸盐基于其特殊的晶体结构及能带结构，在不进行稀土离子掺杂时也能在多种波段（如紫外、X射线、近红外）射线激发下发光，因此近年来受到广泛关注。
钨酸钙声子能量低，降低了稀土离子中间能级的无辐射弛豫速率，减少能量损失，从而提高上转换发光效率，但其光产额很低。钨酸锌是一种优良的闪烁晶体，已用于粒子鉴别、能谱测量等方面，且Zn2+具有较好的抗光损伤性能，能够极大的提高发光效率，增加荧光寿命。但钨酸锌单晶生长工艺复杂，且成本较高，因此其应用受到一定限制。本实验所选取的基质材料为钨酸钙锌，即以钨酸钙作为基质，其中掺杂少量Zn2+离子，对其发光性能进行研究。将两种钨酸盐优良的性能相结合，既弥补了钨酸钙光产额低的缺陷，又避免了单晶生长的复杂工艺，具有很高的研究价值。
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