稀土氟化物上转换发光材料的制备

6.上转换的发光机理


上转换发光所发射的光子的能量比所吸收的光子 的能量高，因为发射的高能量光子是通过吸收多 个低能量光子激发而产生的，把这种过程称作上 转换发光。 当稀土离子吸收光子或X射线等能量后，4f电子可 从能量低的能级跃迁到能量高的能级；当高能级 达到饱和时，4f电子就从高的能级以辐射弛豫的 方式跃迁至低能级时发出不同波长的光，两个能 级之间的能量差越大，发射的波长越短。
2-Theta(degree)
2. BaF2:xYb,Er纳米粒子的近红外荧光光谱
Intensity(a.u.)
a--Yb:Er=1:1 b--Yb:Er=2:1 c--Yb:Er=3:1 d--Yb:Er=4:1
1540nm
c b d a
600
800
1000 1200 1400 1600 1800 2000 Wavelength(nm)
三、测试与表征


通过谢乐公式计算得 出，BaF2:Yb3+,Er3+纳 米粒子平均粒径为 21nm
Intensity(a.u.)

1. BaF2:Yb3+,Er3+的 XRD表征 产物为BaF2单一相， 掺杂少量Yb3+,Er3+离 子并未使BaF2晶体结 构发生明显的变化
0
20
40
60
80
100
阴离子NH4F 阳离子Ba(NO3)2、 Yb(NO)3和Er(NO3)3的 混合液（均匀的）
表面活性剂（CTAB）、 和油相第二辛醇/水 混 合
表面活性剂（CTAB）、 和油相第二辛醇/水 混 合
快速混合搅拌 70mins，得到产物
离心、洗涤 去除有机物
红外灯下 烘干并研 钵
在450℃下氮气保护灼 烧后得到白色粉末
4. 不同配比掺杂样品的上转换发射光谱


随着Yb3+：Er3+的增大， 上转换发光强度先增大后 减小，当Yb3+:Er3+＝3:1时 样品的上转换发光强度最 强。 由此可以看出，Yb3+和 Er3+之间存在着强烈的能 量传递，且能量传递同离 子之间的距离密切相关， 当掺杂的Yb3+的浓度较低 时，随着敏化剂浓度的增 加，Er3+和Yb3+之间的平 均距离变短，敏化作用增 强。 但超过一定值时，敏 化作用迅速减小。


3. 观察到了Yb3+和Er3+共掺杂的BaF2纳米粒 子在980nm激光激发下的上转换发光。当 Yb3+与Er3+的摩尔比为3：1时，发光最强。 但达到4：1时发光开始减弱。即出现了浓度 猝灭。 4.初步在制备纳米材料方面验证了新的微乳 液体系。

谢谢大家！！
3. Yb3+(c/mol):Er3+(c/mol)＝3:1的上转换光谱

539nm 521nm 652nm
Intensity(a.u.)

图中出现了三个比 较明显的发光峰， 其发光中心分别位 于521nm、539nm 和652nm。 位于539nm处的发 射最强
300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 Wavelength(nm)

微乳液法是一种软化学合成方法。微 乳液作为纳米反应器的最大优点是可 以实现纳米粒子尺寸控制。 其大小可控制在几十到几百个纳米之 间，尺度小且彼此分离，并且拥有很 大的界面，在其中可以增溶各种不同 的化合物，是理想的化学反应介质。

微乳液中纳米颗粒的形成示意图

混合水相中分别溶解 有反应物A和B的两种 相同的微乳液体系时， 由于水滴的相互碰撞、 结合与物质交换，最 后可形成AB的沉淀颗 粒。 如图左
一、概述
1.光致发光 用光激发材料所产生的发光现象称为“光致 发光”。、 光致发光材料又可分为长余辉发光材料、 荧光灯用荧光粉、真空紫外荧光粉和上转换 发光材料等。 2.上转换发光材料定义 上转换发光材料就是将红外光转换成可见光 的光致发光材料。
3.上转换发光材料的发展历史

第一个阶段是从发现上转换现象到上转换产生机 制的研究 。
稀土氟化物上转换发光材料 的制备
Preparation of Rare Earth-Doped Fluorides on the upconversion 生:郭军军 指导老师:闫景辉
目录



一、概述 二、样品制备示意图 三、测试与表征 四、结果与讨论 五、致谢

第二个阶段是各种上转换材料产生的阶段，对上 转换材料的组成及其特性作了系统的研究，得到 了各种类型的优质的上转换材料。 第三个阶段是新的上转换机制以及上转换性能与 材料的组成、结构、形成工艺条件的对应关系研 究。

4.稀土纳米发光材料的制备方法

主要有: 溶胶-凝胶法、燃烧合成法、化学共沉淀法、 气相反应法和微乳液法等 . 5.微乳液定义及说明 微乳液通常是由表面活性剂、助表面活性 剂(醇类)、油(碳氢化合物)和水(电解质水溶 液)按照一定比例组成的各向同性、热力学 稳定的透明体系,主要分：“油包水 （W/O）”和“水包油（O/W）”两种。

C. 敏化过程 敏化分：直接上转换敏化（左图示意）和间接上转换敏化 （右图示意） 直接简单说就是敏化离子直接吸收激发源的能量，通过辐 射转移，共振转移和非共振转移等方式传给激活离子； 间接是指激活离子先吸收激发源的能量，把能量传递给敏 化离子，最后敏化离子把能量传递给激活离子
二、样品制备示意图
Intensity(a.u.)
a--Yb:Er=1:1 b--Yb:Er=2:1 c--Yb:Er=3:1 d--Yb:Er=4:1
539
521
652
c b a d
300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 Wavelength(nm)
四、结 论


1.XRD测试结果表明，产物为立方相，物 相纯净，结晶良好 。 2.BaF2:Yb3+,Er3+纳米粒子在488nmAr+激光 器激发下发射出1540nm荧光，对应于Er3+ 的4I13/2→4I15/2跃迁，而且在1450nm到 1650nm范围内为一发射带。当两者的比例 达到3：1时发射峰的强度最大，说明了 Yb3+→Er3+的高效能量传递，Yb3+可有效地 敏化Er3+的1540nm荧光。
7.电子跃迁过程

电子跃迁过程主要是 激活离子内部能级的 电子跃迁,包括辐射跃 迁和无辐射跃迁
如图为：辐射和无辐 射过程

无辐射能量传递

共振无辐射能量传递 （如图左） 声子辅助无辐射能量 传递 （如图右）

8.上转换过程有三种形式：

A.上图为：上转换的 激发态吸收过程

B.下图为：光子雪崩