稀土掺杂氟化物的可控合成及发光性能研究.pdf

摘要

上转换发光材料由于具有光稳定性强、化学稳定性好、荧光寿命长、毒性低、对生

物组织无损伤等诸多优点，因此近年来被广泛应用于面板显示、照明、防伪、温度传感

器和生物荧光标记等方面。但它也存在发光效率和强度较低等缺点，严重限制了该材料

的应用。因此研究者们一直致力于提高上转换发光性能的研究工作。此外，与其他测温

技术相比，荧光强度比(FIR)技术在宽温度范围内具有更高的灵敏度、且成本低、测量

设备简单，所以利用FIR技术对上转换发光材料的非接触测温设计被逐渐重视。同时，

三掺杂稀土离子的上转换发光材料更有利于实现发光颜色调控和白光发射，奠定了多色

防伪和照明领域的应用前景。氟化物基质材料具有较高的热稳定性、较长的发光寿命和

较低的声子能量，可以降低非辐射弛豫，提高发光量子效率，被认为是上转换发光最合

适的基质材料之一。所以本文选取当前最热门的NaYF和新型的KScF作为基质材料，

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分别采用水热法和高温固相法制备了NaYF:Yb/Ho和KScF:Yb/Ho微晶，通过XRD和

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SEM测试微晶的物相和形貌，通过荧光光谱测试微晶的发光特性。主要研究内容如下：

+3+

采用水热法制备了共掺杂不同浓度K/Gd的NaYF:0.2Yb/0.02Ho微晶。XRD测试

4

结果表明微晶的物相均为β-NaYF。SEM测试结果表明微晶呈六棱柱状，长度约为6.0-

4

7.1μm。在980nmLD激发下，随着K+/Gd3+共掺杂浓度的增加，发射强度先增强后减

+3+

弱，并且当K/Gd共掺杂浓度均为15mol%时，绿光和红光的发射强度最强，分别提

升了2.4倍和3.3倍。变温上转换发射光谱测试结果表明，在298K时，微晶的最大相

对灵敏度SR达到0.0127K−1。同时，微晶的热猝灭性能优异，活化能达到0.19eV。

采用高温固相法制备了掺杂不同浓度Yb3+/Ho3+的KScF:Yb/Ho微晶和掺杂不同浓

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度Na+的KScF:0.2Yb/0.015Ho微晶。XRD测试结果表明微晶均为立方相的冰晶石结

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构。SEM测试结果表明微晶形貌不规则，尺寸约为30μm。在980nmLD激发下，随着

Ho3+和Yb3+共掺杂浓度的增加，发射强度均呈现出先上升后下降的趋势，得到了最佳掺

杂浓度为20%Yb和1.5%Ho。为了进一步增强微晶的发光强度，以KScF:0.2Yb/0.015Ho

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微晶为研究对象进行Na++

掺杂。随着Na掺杂浓度的增加，绿光和红光发射强度均呈现

+

先增强后减弱的趋势，并且当掺杂15mol%Na时，绿光和红光的发射强度最强，分别

提升了9.7倍和3.9倍。变温上转换发射光谱测试结果表明，在298K时，

KScF:0.2Yb/0.015Ho微晶的最大相对灵敏度S为0.0059K−1，活化能为0.10eV，而掺

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+