研究目的
研究掺杂Er2O3颗粒对磷酸盐玻璃结构和发光性能的影响,旨在通过直接掺杂法制备在1.5微米波长处具有增强发射的玻璃。
研究成果
直接掺杂法可将掺杂Er2O3的颗粒引入磷酸盐玻璃中,但颗粒存活率取决于加工温度。在NaPF玻璃中采用较低温度(如550°C)能更好地保存颗粒并增强发光性能,证实该方法具有开发具有可控Er3+离子环境新型活性玻璃的潜力。
研究不足
主要限制在于较高温度(如1000°C)下玻璃熔融过程中颗粒的降解,导致颗粒溶解和存活率降低。这限制了直接掺杂法对某些玻璃成分的有效性。需要优化温度控制和颗粒稳定性以尽量减少分解。
1:实验设计与方法选择:
本研究采用溶胶-凝胶法合成掺杂Er2O3的TiO2、ZnO和ZrO2颗粒,并通过直接掺杂法将其引入磷酸盐玻璃。研究旨在独立于玻璃成分控制Er3+离子的局部环境以增强发光性能。方法包括溶胶-凝胶合成、熔融淬火制备玻璃及多种表征技术。
2:ZnO和ZrO2颗粒,并通过直接掺杂法将其引入磷酸盐玻璃。研究旨在独立于玻璃成分控制Er3+离子的局部环境以增强发光性能。方法包括溶胶-凝胶合成、熔融淬火制备玻璃及多种表征技术。 样本选择与数据来源:
2. 样本选择与数据来源:样本包含掺杂Er2O3的颗粒(TiO2、ZnO、ZrO2)及磷酸盐玻璃(组成为50P2O5-40SrO-10Na2O(SrNaP)、90NaPO3-10Na2O(NaPF0)和90NaPO3-10NaF(NaPF10))。颗粒合成时采用特定Er2O3浓度(TiO2和ZnO为14.3 mol%,ZrO2为7 mol%)。
3:ZnO、ZrO2)及磷酸盐玻璃(组成为50P2O5-40SrO-10Na2O(SrNaP)、90NaPO3-10Na2O(NaPF0)和90NaPO3-10NaF(NaPF10))??帕:铣墒辈捎锰囟‥r2O3浓度(TiO2和ZnO为3 mol%,ZrO2为7 mol%)。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:设备包括场发射扫描电镜(Zeiss Merlin 4248,Carl Zeiss Crossbeam 540)、能谱仪(Oxford Instruments X-ACT,X-MaxN 80)、X射线衍射仪(Philips X'pert)、热重分析仪(Perkin Elmer TGS-2)、光谱仪(Jobin Yvon iHR320)、探测器(Hamamatsu P4631-02,Thorlabs PDA10CS-EC)、激光二极管(CM962UF76P-10R)、示波器(Tektronix TDS350)及滤光片(Thorlabs FEL 1500)。材料含Sigma-Aldrich等供应商的化学前驱体(如钛酸四丁酯、醋酸铒、二水合醋酸锌)。
4:0)、能谱仪(Oxford Instruments X-ACT,X-MaxN 80)、X射线衍射仪(Philips X'pert)、热重分析仪(Perkin Elmer TGS-2)、光谱仪(Jobin Yvon iHR320)、探测器(Hamamatsu P4631-02,Thorlabs PDA10CS-EC)、激光二极管(CM962UF76P-10R)、示波器(Tektronix TDS350)及滤光片(Thorlabs FEL 1500)。材料含Sigma-Aldrich等供应商的化学前驱体(如钛酸四丁酯、醋酸铒、二水合醋酸锌)。 实验步骤与操作流程:
4. 实验步骤与操作流程:颗粒经溶胶-凝胶法合成、煅烧及表征。玻璃在石英坩埚中熔融,特定温度(SrNaP为1000°C,NaPF玻璃为550°C)下添加颗粒,随后淬火、退火及抛光。表征包括FE-SEM/EDS形态与成分分析、XRD结晶度检测、TGA热稳定性测试及976 nm激发下的发射光谱与寿命测量。
5:数据分析方法:
采用EDS进行元素分布分析(精度±1.5 mol%),XRD图谱与参考数据库比对,发射光谱归一化处理,寿命值通过单指数衰减拟合,统计误差考虑在内(如寿命±0.2 ms)。
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FE-SEM
Zeiss Merlin 4248
Carl Zeiss
Used for determining the composition and morphology of particles and particles-containing glasses.
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FE-SEM
Carl Zeiss Crossbeam 540
Carl Zeiss
Used for determining the composition and morphology of particles-containing glasses with EDS detector.
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EDS
Oxford Instruments X-ACT
Oxford Instruments
Energy dispersive spectroscopy for elemental mapping and composition analysis.
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EDS
Oxford Instruments X-MaxN 80
Oxford Instruments
Energy dispersive spectroscopy for elemental mapping in glasses.
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TGA
Perkin Elmer TGS-2
PerkinElmer
Thermogravimetric analysis for measuring thermal stability of particles.
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Detector
Hamamatsu P4631-02
Hamamatsu Photonics
Detector for emission spectra measurements.
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Filter
Thorlabs FEL 1500
Thorlabs
Filter used in emission spectra measurements.
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Oscilloscope
Tektronix TDS350
Tektronix
Digital oscilloscope for recording fluorescence lifetime signals.
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Detector
Thorlabs PDA10CS-EC
Thorlabs
Detector used for fluorescence lifetime measurements.
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XRD
Philips X'pert
Philips
X-ray diffraction analyzer for identifying crystalline phases.
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Spectrometer
Jobin Yvon iHR320
Horiba Jobin Yvon
Used for measuring emission spectra in the 1400-1700 nm range.
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Laser Diode
CM962UF76P-10R
Oclaro
Single-mode fiber pigtailed laser diode for excitation at 976 nm.
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