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Ln_2O_3：RE纳米晶的制备与发光性质研究（Ln=Y，Gd）

作　者: 杨林梅
导　师: 宋宏伟
学　校: 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）
专　业: 凝聚态物理
关键词: 纳米晶上转换发光荧光分支比表面效应热激活
分类号: O482.31
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

本文以Ho、Er 两种重要的稀土元素为研究对象,以Y₂O₃和Gd₂O₃两种稳定的氧化物为掺杂基质,分别采用燃烧法和水热法成功地制备了Y₂O₃:Ho/Yb纳米颗粒和Gd₂O₃:Er/Yb 纳米片、纳米线,目的是探索稀土掺杂纳米材料的发光特性,并揭示其物理本质。研究了制备条件对样品尺寸和形貌的影响,通过激光辐照、电子顺磁共振（EPR）和变温等实验手段,系统地研究了这两种纳米材料体系的发光性质、微观机制以及发光强度与激发功率密度的依赖关系。得到如下结论: （一）Y₂O₃:Ho/Yb 体系: 1. 随着尺寸的减小,Ho³⁺的整体发射强度降低,但5F5→5I8的红光发射与5S2（5F4）→5I8的绿光发射的荧光分支比增强。这种现象是由纳米材料的表面效应引起的无辐射弛豫过程增强所致。2. 在较高的激发密度下,增大激发功率,Ho³⁺上转换发射强度反而减小,这可能是激光辐照使Ho³⁺或Yb³⁺发生了价态变化或其它形式的结构改变,导致上转换发光减弱。（二）Gd₂O₃:Er/Yb 体系: 1. 采用水热法合成了Gd₂O₃:Er/Yb 纳米材料,实验发现,在中性条件下合成样品易于形成纳米片,碱性条件下会形成纳米线,碱性越强越容易形成纳米线。2. 纳米线与纳米片相比较,表面原子所占比例减小,无辐射跃迁速率减小,使得红外发射强度减弱,上转换强度增强,线状结构的纳米材料更适合作上转换材料。3. 在线状结构的Gd₂O₃:Er3+/Yb³⁺纳米晶中,²H_11/2-⁴I_15/2和⁴S₍3/2_-⁴I_15/2的上转换发光强度之比随激发功率的增强明显增大,这种现象是由热激活引起²H_11/2和⁴S_3/2能级上的电子重新分布所致。

全文目录

1 引言  7-23
  1.1 纳米材料  7-10
  1.2 上转换发光的研究进展  10-15
  1.3 纳米材料中的上转换  15-23
2 纳米材料的物理效应、稀土离子性质和电子顺磁共振简介  23-34
  2.1 纳米材料的物理效应  23-25
    2.1.1 量子尺寸效应  23-24
    2.1.2 表面态效应  24
    2.1.3 介电限域效应  24
    2.1.4 宏观量子隧道效应  24-25
    2.1.5 小尺寸效应  25
  2.2 稀土离子性质  25-31
    2.2.1 稀土元素的电子结构  26-30
    2.2.2 三价稀土离子的跃迁选择定则  30
    2.2.3 稀土离子的发光特性  30-31
  2.3 电子自旋共振的基本原理  31-34
3 Y_2O_3:Ho/Yb 纳米晶的发光性质  34-46
  3.1 样品制备与结构表征  34-35
  3.2 尺寸系列样品的下转换发光与上转换发光  35-38
  3.3 Y_2O_3:Ho/Yb 纳米晶的上转换发光强度与激发密度的关系  38-43
    3.3.1 结果  38-41
    3.3.2 讨论分析  41-43
  3.4 本章小结  43-46
4 Gd_2O_3:Er~(3+)/Yb~(3+)低维纳米晶的合成与发光性质  46-59
  4.1 低维纳米材料的合成  46
  4.2 合成条件对产物形貌的影响  46-48
    4.2.1 PH 值的影响  47-48
    4.2.2 水热时间的影响  48
  4.3 Gd_2O_3:Er/Yb 纳米晶的发光性质  48-51
    4.3.1 样品形貌对发射光谱的影响  48-50
    4.3.2 不同水热时间样品的上转换发光  50-51
  4.4 Gd_2O_3:Er~(3+)/Yb~(3+)纳米线的发光特性  51-56
    4.4.1 上转换发光  51-53
    4.4.2 下转换发光  53-56
  4.5 本章小结  56-59
5 结论与展望  59-61
攻读硕士学位期间发表及待发表的论文目录  61-63
个人简历  63-64
致谢  64

Ln_2O_3：RE纳米晶的制备与发光性质研究（Ln=Y，Gd）

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