Tb3+-Yb3+掺杂纳米晶和玻璃的近红外量子剪切性质研究

论文摘要

传统的化石能源均为不可再生能源,长期使用将会造成能源的枯竭,因此太阳能作为一种新型可再生资源倍受人们关注。然而对于硅基太阳能电池,由于热损失的存在,电池的转换效率仍处在很低的水平。近红外量子剪切是指将一个可见波段光子转换为两个波长在1μm附近的近红外光子。因此通过量子剪切可以大大降低电池的热损失,进而提高电池效率。基于以上目的,本文对Tb3+-Yb3+体系量子剪切现象和性质进行了研究。开展了近红外量子剪切检测和评价方法的研究。设计并建立了研究所需的吸收光谱测量装置、荧光光谱测量装置以及时间分辨光谱测量装置。在时间分辨光谱测量中,利用电光调制器对连续激光束的偏振方向进行调节,从而实现了对光强的调制。系统的时间分辨可达0.02 ms。开展了Tb3+,Yb3+掺杂Y2O3和NaYF4纳米晶量子剪切性质的研究。利用473 nm激光激发Tb3+,获得了Yb3+的1μm附近荧光发射。对Y2O3:Tb3+,Yb3+的光谱分析表明:随Yb3+浓度增加,Tb3+荧光强度和5D4能级寿命逐渐减小,证明了Tb3+向Yb3+的能量传递;Yb3+荧光强度先增加后减小,当Tb3+和Yb3+浓度分别为1 mol %和3 mol %时,Yb3+荧光强度达最大值,该浓度下的量子产率为110%。研究发现Yb3+荧光强度与泵浦功率成线性关系,从而确定了该基质中量子剪切为合作能量传递机制。而在NaYF4:Tb3+,Yb3+中,发现Yb3+荧光强度与泵浦功率呈非线性关系,为此提出了新的量子剪切模型。开展了Tb3+、Yb3+掺杂氟氧玻璃量子剪切性质的研究。利用高温固相法制备了Tb3+、Yb3+掺杂氟氧玻璃,在473 nm激光激发下,获得了较强的荧光发射。光谱分析表明,Yb3+近红外荧光最强时,Tb3+和Yb3+浓度分别为2 mol %和10 mol%,此时的量子产率为139%。对Yb3+近红外荧光的衰变曲线以及功率曲线进行探测,其结果与速率方程推导结果一致,进一步确定了氟氧玻璃中Tb3+-Yb3+体系量子剪切机制为二阶合作下转换或一阶两步下转换机制。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪 论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 量子剪切技术简介
• 1.2.1 可见波段量子剪切
• 1.2.2 近红外波段量子剪切
• 1.3 国内外研究现状及分析
• 1.4 课题主要研究内容
• 第2章 近红外量子剪切测量方法研究
• 2.1 引言
• 2.2 激发光谱测量方法
• 2.3 吸收光谱测量方法
• 2.4 量子剪切荧光光谱测量方法
• 2.4.1 可见波段荧光光谱测量方法
• 2.4.2 近红外波段荧光光谱测量方法
• 2.5 时间分辨荧光光谱测量方法
• 2.6 本章小结
• 20₃和NaYF₄中Tb³⁺-Yb³⁺量子剪切性质研究'>第3章 Y₂0₃和NaYF₄中Tb³⁺-Yb³⁺量子剪切性质研究
• 3.1 引言
• 20₃基质中Tb³⁺/Yb³⁺下转换发光性质研究'>3.2 Y₂0₃基质中Tb³⁺/Yb³⁺下转换发光性质研究
• 20₃: Tb³⁺/Yb³⁺样品简介'>3.2.1 溶胶-凝胶法制备Y₂0₃: Tb³⁺/Yb³⁺样品简介
• 3.2.2 样品激发光谱分析
• 3+浓度变化对样品发光的影响'>3.2.3 Yb³⁺浓度变化对样品发光的影响
• 3.2.4 结合荧光衰变曲线分析体系量子产率
• 3.2.5 结合功率曲线分析氧化物基质中的量子剪切机制
• 4: Tb³⁺/Yb³⁺样品下转换发光性质研究'>3.3 NaYF₄: Tb³⁺/Yb³⁺样品下转换发光性质研究
• 3.3.1 共沉淀法制备样品简介
• 3.3.2 样品荧光光谱探测
• 3.3.3 结合稳态速率方程分析氟化物基质中的量子剪切机制
• 3.4 本章小结
• 3+-Yb³⁺量子剪切性质研究'>第4章 氟氧玻璃中Tb³⁺-Yb³⁺量子剪切性质研究
• 4.1 引言
• 4.2 高温固相法制备样品简介
• 3+/Yb³⁺共掺氟氧化物玻璃荧光特性'>4.3 Tb³⁺/Yb³⁺共掺氟氧化物玻璃荧光特性
• 4.3.1 玻璃吸收性能表征
• 4.3.2 下转换荧光光谱探测
• 4.3.3 功率曲线探测以及下转换发光机理分析
• 4.3.4 下转换荧光寿命探测以及合作能量传递效率计算
• 4.4 本章小结
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢