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硕士学位论文


3+
Y2O3 中 Tm 的上转换发光增强研究
ENHANCEMENT OF UPCONVERSION
3+
LUMINESCENCE OF Tm IN Y2O3

张文生








2009 年 6 月



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国内图书分类号: 学校代码:10213
国际图书分类号:535 密级:公开


理学硕士学位论文

3+
Y2O3 中 Tm 的上转换发光增强研究





硕士研究生: 张文生
导师:郑仰东副教授
申请学位: 理学硕士
学科、专业: 光学
所在单位:应用物理系
答辩日期:2009 年 6 月
授予学位单位: 哈尔滨工业大学
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Classified Index:
: 535


Dissertation for the Master Degree in Science

ENHANCEMENT OF UPCONVERSION
3+
LUMINESCENCE OF Tm IN Y2O3









Candidate: Zhang Wensheng
Supervisor: Prof. Zheng Yangdong
Academic Degree Applied for: Master of Science
Speciality: Optics
Affiliation: Department of Physics
Date of Defence: June, 2009
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
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哈尔滨工业大学理学硕士学位论文

摘要
生物荧光标记、光学数据存储、上转换激光器、光动力医疗等技术的发展
对新型的发光材料,尤其是可见光波段的发光材料提出了需求。红外光激发的
稀土上转换纳米发光材料很好的满足了这一需求,成为人们竞相研究的热点。
如何提高材料的上转换发光效率,增强其发光强度,成为上转换发光材料走向
实际应用的关键。本论文采用溶胶-凝胶(Sol-gel)法分别制备了 Yb3+/Tm3+;
3+ 3+ 3+ 3+ 3+ +
Yb /Tm /Ce ;Yb /Tm /Li 共掺的 Y2O3 纳米粉末样品。研究了这些样品的
上转换发光增强现象。
3+ 3+
第一研究发现纳米氧化物 Y2O3 中铥(Tm )离子的上转换发光强度随 Yb
3+ 1 3+
离子浓度的增加,呈现先增加后减小的趋势。Tm 离子 G4 能级的寿命随 Yb
3+ 3+ 1
离子的浓度增加逐渐减小。给出了不同 Yb 浓度下 Tm 离子 G4 能级寿命的具
体数值。分析认为 Yb3+离子的引入增加了基质晶格的缺陷,造成 Tm3+离子能级
寿命减小。
第二提出 Ce3+离子可以作为一种敏化剂实现对 Tm3+,Yb3+共掺体系上转换
3+ 3+ 3+ 3+
发光增强。在 Y2O3:Tm ,Yb ,Ce 体系中,观察到样品在引入 Ce 离子后,
Tm3+离子的蓝光、红光和近红外发光的强度都明显增强。认为 Ce3+离子的掺入
弥补了 Tm3+离子与 Yb3+离子之间的能级失配, 引起 Tm3+离子的上转换发光增
强。高浓度的 Ce3+离子掺杂会引起 Tm3+离子无辐射驰豫发生的几率增加,上转
换发光强度减弱,Tm3+离子的紫外上转换发光猝灭。
3+ 3+ +
第三研究了 Y2O3:Tm ,Yb 体系在掺入 Li 离子后上转换发光明显增强。
实验发现 Li+离子的最佳掺杂浓度为 10mol%。认为 Li+离子主要通过改变基质
晶格结构实现对 Tm3+离子上转换发光的增强。这与 Ce3+离子对 Tm3+离子上转
换发光的增强原理是不同的。

关键词: 上转换;增强;敏化;能量传递
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哈尔滨工业大学理学硕士学位论文

Abstract
With the development of biomolecules, optical data storage, upconversion lasers,
photo-dynamic therapy, etc. much more new luminescence materials are required,
especially in the