上转换材料及其发光机理

上转换材料及其发光机理2主要内容上转换机理1上转换材料2实例分析3一、上转换机理是一种红外光激发下能发出可见光的发光材料，即将红外光转换为可见光的材料。其特点是所吸收的光子能量低于发射的光子能量。这种现象违背了Stokes定律，又称反Stokes发光材料发光中心相继吸收两个或多个光子，在经过无辐射弛豫达到发光能级，由此跃迁到基态放出一可见光子。发光机理上转换材料4发光要求为了有效实现双光子或多光子效应，发光中心的亚稳态需要有较长的能级寿命。稀土离子能级之间的跃迁属于禁戒的f-f跃迁，因此有长寿命，符合此条件。能级3-2之间能量差与能级2-1之间的能量差相等。若某一辐射的能量与上述能量差一致，则会发生激发，离子会从1激发到2，如果能级2的寿命不是太短，则离子从2激发到3.最后就发生了从3到1的发射。5实际的上转换过程能量传递机理，离子A将能量传递给离子B，从而能够从更高能级发射两步吸收机理，仅由一个离子完成协同敏化机理，两个A离子将能量传递给C离子，由C的激发产生发射协同发光机理，将两个A离子的激发能量结合，形成一个产生发射的光量子二阶谐波机理，辐射光频率被加倍在完全不借用任何中间能级的情况下，双光子同时被吸收，然后一个光子从其激发能级产生发射不同机理的双光子上转换效率机理效率实力连续能量传递10-2YF3;Yb3+,Er3+两步吸收10-5SrF2;Er3+协同敏化10-6YF3;Yb3+,Tb3+协同发光10-8YbPO4产生二阶谐波10-11KH2PO4双光子吸收激发10-13CaF2;Eu2+二、上转换材料71、掺杂Yb3+和Er3+的材料Yb3+(2F7/2→2F5/2)吸收近红外辐射，并将其传递给Er3+，因为Er3+的4I11/2能级上的离子被积累，在4I11/2能级的寿命为内，又一个光子被Yb3+吸收，并将其能量传递给Er3+，使Er3+离子从4I11/2能级跃迁到4F7/2能级。快速衰减，无辐射跃迁到4S3/2，然后由4S3/2能级产生绿色发射（4S3/2→4I15/2），实现以近红外光激发得到绿色发射。基质晶格与转换效率在激发密度和激活剂浓度保持恒定的条件下，转换效率依赖于基质晶格种类，在氧化物系统中，由于发光离子与其周围配位环境之间具有较强的作用，使氧化物中稀土能级的荧光寿命要比氟化物中的短，因此作为转换材料的机制，氟化物比氧化物更为合适92、掺杂Yb3+和Tm3+的材料通过三光子上转换过程，可以将红外辐射转换为蓝光发射。第一步传递之后，Tm3+的3H5能级上的粒子数被积累，他又迅速衰减到3F4能级。在第二步传递过程中，Tm3+从3F4能级跃迁到3F2能级，并又快速衰减到3H4。紧接着，在第三步传递中，Tm3+从3H4能几月前到1G4能级，并最终由此产生蓝色发射。103、掺杂Er3+或Tm3+的材料仅掺杂有一种离子的材料，是通过两步或者更多步的光子吸收实现上转换过程。单掺Er3+的材料，吸收800nm的辐射，跃迁至可产生绿色发射的4S3/2能级。单掺Tm3+的材料吸收650nm的辐射，被激发到可产生蓝色发射的1D2能级和1G4能级。三、实例分析111、样品制备与光谱测试得到样品，并通过X射线衍射仪进行结构表征按配比将氟化稀土混合物与氟硅酸钠均匀研磨，HF-N2气氛中，管式炉中630o焙烧然后加入HF使稀土氧化物转化为氟化物共沉淀，空气中120o干燥10h按配比称取高纯氧化物(La2O3,Y2O3,Yb2O3和Er2O3)，并用浓硝酸溶解NaOH吸收SiF4122、激发机理Er3+的绿色发射，由基态经由4I11/2到4F7/2能记得两步激发，随后无辐射衰减到2I11/2和4S3/2能级，最后辐射跃迁回基态，发出绿光Er3+的红色发射：A、由4S3/2能级经无辐射衰减到红色发射的4F9/2能级B、Er3+接受Yb3+传递来的三个光量子，由4S3/2能级激发至2G7/2，无辐射弛豫到4G11/2，衰减到红色发射4F9/2能级，并将多余能量逆传递给Yb3+C、Er3+在第一步激发后，从4I11/2无辐射衰减到4I13/2，再激发到红色发射的4F9/2能级133、实验结果讨论NaY0.77Yb0.20Er0.03F4在970nm红外和365nm紫外激发下的发射光谱。两个谱图均包括着绿色和红色两种发射谱峰结构，只是随着激发光谱的改变，绿色和红色发射强度比发生显著变化。红外激发下显示绿色，紫外激发下显示黄色143、实验结果讨论NaY0.77Yb0.20Er0.03F4的绿色发射和红色发射的激发光谱。在绿色发射的激发光谱中，可以清楚地观察到源于4F7/2、4F5/2、4F3/2和2H9/2等的激发峰，而在红色发射的激发光谱中这些激发峰的强度极弱，甚至观察不到。附：粉末材料配方及制备工艺1516小结：1、上转换的发光机理2、上转换材料（单掺杂或双掺杂）3、实例分析a样品制备与表征b激发机理c结论讨论