發(fā)射波長523、545、650、804 nm上轉(zhuǎn)換顆粒

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發(fā)射波長523、545、650、804 nm上轉(zhuǎn)換顆粒

采用非水性溶膠-凝膠工藝制備了Er~(3+)摻雜和Er~(3+)-Yb~(3+)共摻雜Al_2O_3，用差熱-熱重分析(DTA-TG)、紅外光譜(FTIR)、X射線衍射(XRD)和熒光光譜檢測等方法的研究了Er~(3+)，Yb~(3+)摻雜濃度和燒結(jié)溫度對摻雜Al_2O_3結(jié)構(gòu)，及上轉(zhuǎn)換發(fā)光特性的影響，揭示了摻Er~(3+)和Er~(3+)-Yb~(3+)共摻雜Al_2O_3體系的上轉(zhuǎn)換發(fā)光機制，綠色和紅色上轉(zhuǎn)換發(fā)光均為雙光子上轉(zhuǎn)換吸收過程。研究了基于Er~(3+)摻雜Al_2O_3和Er~(3+)-Yb~(3+)共摻雜Al_2O_3的熒光度比技術，討論了在光學溫傳感方面的應用。 建立了0-5 mol％Er~(3+)摻雜濃度，550-1250℃燒結(jié)溫度的Er~(3+)摻雜Al_2O_3的Er-Al-O系相組成圖，體系中存在γ-(Al，Er)_2O_3，θ-(Al，Er)_2O_3，α-(Al，Er)_2O_3，Al_(10)Er_6O_(24)和ErAlO_3等5種相。Er~(3+)的摻雜進γ和θ相非晶化，隨著摻雜濃度升，非晶化加劇，且對γ→θ和θ→α相變的抑止作用增。Er~(3+)摻雜濃度為5 mol％時，γ→θ和θ→α相變溫度較未摻雜的Al_2O_3分別提了約60℃和110℃。Er~(3+)摻雜Al_2O_3具有發(fā)射波長為523、545 nm的綠色和660 nm的紅色上轉(zhuǎn)換發(fā)光特性，其上轉(zhuǎn)換發(fā)光度隨著γ→θ→α相變而增加，其中α相由于具有較低對稱性而利于Er~(3+)的上轉(zhuǎn)換發(fā)光。Er~(3+)摻雜Al_2O_3粉末的綠色和紅色上轉(zhuǎn)換發(fā)光均為雙光子上轉(zhuǎn)換吸收過程。Er~(3+)摻雜濃度為0.1 mol％時，其上轉(zhuǎn)換過程主要為激發(fā)態(tài)吸收~4I_((11)／2)+a photon→~4F_(7／2)和~4I_((13)／2)+a photon→~4F_(9／2)過程；Er~(3+)摻雜濃度增加到1 mol％時，交叉弛豫~4I_((11／2)+~4I_(11／2)→~4I_((15)／2)+~4F_(7／2)和~4I_(11／2)+~4I_((13)／2)→~4F_(9／2)+~4I_((15／2)過程也起一定作用。 Yb~(3+)共摻雜提Er~(3+)摻雜Al_2O_3粉末的上轉(zhuǎn)換發(fā)光度。對于0.1-5 mol％Er~(3+)摻雜濃度，隨著Yb~(3+)共摻雜濃度的增加，Er~(3+)-Yb~(3+)共摻雜Al_2O_3的上轉(zhuǎn)換發(fā)光度均呈現(xiàn)先增加后降低的變化。與化合物相(Yb，Er)_3Al_5O_(12)相比，Yb~(3+)在γ-(Al，Er，Yb)_2O_3和θ-(Al，Er，Yb)_2O_3相中的溶解度能夠提ET效應和泵浦吸收效率，利于獲得較的上轉(zhuǎn)換發(fā)光。Er~(3+)摻雜濃度為0.1-1 mol％、Er~(3+)，Yb~(3+)摩爾比為1∶10的共摻雜Al_2O_3粉末，綠色和紅色上轉(zhuǎn)換發(fā)光度I_(green)和I_(red)均大，此時肉眼視為紅色發(fā)光，發(fā)光度已可應用水平。結(jié)合速率方程分析了Er~(3+)-Yb~(3+)共摻雜Al_2O_3粉末中紅色和綠色上轉(zhuǎn)換發(fā)光度比(I_(red)／I_(green))的變化規(guī)律，激發(fā)態(tài)吸收~4I_((13)／2)+a photon→~4F_(9／2)和能量傳遞~2F_(5／2)(Yb~(3+))+~4I_((13)／2)(Er~(3+))→~2F_(7／2)(Yb~(3+))+~4F_(9／2)(Er~(3+))過程的率導致I_(red)／I_(green)隨Yb~(3+)共摻雜濃度的提而增加。提Yb~(3+)共摻雜濃度和泵浦電流均可以造成523和545 nm的綠色上轉(zhuǎn)換發(fā)光度比(I_(523)／I_(545))的增加，且I_(523)／I_(545)是溫度的函數(shù)，與相結(jié)構(gòu)無關。 將熒光度比技術應用于Er~(3+)摻雜和Er~(3+)-Yb~(3+)共摻雜Al_2O_3。在溫度范圍分別為295-773 K和295-873 K，泵浦功率分別為800 mW和350 mW條件下，基于Er~(3+)摻雜和Er~(3+)-Yb~(3+)共摻雜Al_2O_3光學溫傳感器組元的大靈敏度約為0.0052 K~(-1)和0.0051 K~(-1)，溫度分辨率均為0.3 K左右，證明了Er~(3+)摻雜和Er~(3+)-Yb~(3+)共摻雜Al_2O_3在光學溫傳感方面的應用。

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