研究目的
比较在空气中以975 nm激光二极管激发下,经两种不同温度(1050°C和1480°C,各保温12小时)退火的Yb3?、Er3?、Tm3?:Y?Si?O?纳米粉体的上转换发光结构特征与作用机制,以探究相效应对上转换过程的影响。
研究成果
溶胶-凝胶法合成的Yb3?:Er3?:Tm3?掺杂Y?Si?O?纳米粉体经1050°C和1480°C退火后分别匹配α相和β相。反射光谱与上转换发光谱均呈现相位依赖性。当激发功率超过阈值时观测到高显色指数(97)的白光发射,这一特性有利于光子学应用。色坐标随激发功率变化表明其具有可调谐性。相位对发光性能的影响显著,其中β相因声子能量较低而展现出更强的发射强度。
研究不足
对应于Tm3?离子1G?→3H?跃迁的蓝光发射非常微弱,由于硅二极管探测器量子效率低而无法评估。本研究仅限于特定退火温度和掺杂浓度,未探索其他相或条件。显色指数仅在阈值功率上下进行了测量,且注意到在低激发功率下晶体结构对颜色参数的影响极小。
1:实验设计与方法选择:
本研究采用溶胶-凝胶法制备Yb3?、Er3?、Tm3?:Y?Si?O?纳米粉体,随后在1050°C和1480°C下退火12小时以研究相效应。通过XRD和SEM进行结构分析,光学表征包括在975 nm激光激发下的漫反射和上转换发光测量。
2:样品选择与数据来源:
制备了五种不同掺杂浓度的Yb3?、Er3?、Tm3?:Y?Si?O?粉体,标记为YSYET1至YSYET5,具体掺杂原子百分比见表1。粉体在两种温度下退火形成α相和β相。
3:实验设备与材料清单:
设备包括布鲁克D2 Phaser X射线衍射仪、FEI Inspect S50扫描电镜、EDAX Octane Prime能谱仪、珀金埃尔默Lambda 35紫外-可见分光光度计、CNI MDL-H-975激光二极管、Acton系列SI 440硅探测器、普林斯顿仪器SP2500i单色仪、爱特蒙特光学950 nm短通滤光片、相干Field Max II-TOP功率计以及Asense Tek Lighting Passport照度计。材料包括来自Sigma-Aldrich的TEOS、Yb(NO?)·H?O、Er(NO?)·5H?O、Tm(NO?)·5H?O和Y(NO?)·6H?O。
4:实验流程与操作步骤:
粉体通过溶胶-凝胶法合成、退火并进行表征。XRD图谱测量范围为10-55°(2θ),步长为0.02°。使用SEM和EDX进行形貌和元素分析。漫反射光谱记录范围为400-1100 nm。在975 nm激发下测量400-850 nm的上转换光谱,调节激光功率并使用滤光片阻挡散射光。使用照度计测量CIE-1931坐标。
5:02°。使用SEM和EDX进行形貌和元素分析。漫反射光谱记录范围为400-1100 nm。在975 nm激发下测量400-850 nm的上转换光谱,调节激光功率并使用滤光片阻挡散射光。使用照度计测量CIE-1931坐标。 数据分析方法:
5. 数据分析方法:将XRD数据与JCPDS标准对比。通过谢乐公式计算晶粒尺寸。分析上转换发射强度与激发功率的关系以确定上转换过程的量子数。利用CIE-1931坐标进行颜色质量分析。
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X-ray diffractometer
D2 Phaser
Bruker
To measure XRD patterns of powders for structural analysis.
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SEM
Inspect S50
FEI
To monitor surface morphology of samples.
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UV-VIS spectrophotometer
Lambda 35
Perkin-Elmer
To reveal diffuse reflectance spectra in the 400-1100 nm range.
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Laser diode
MDL-H-975
CNI
To provide 975 nm excitation for up-conversion spectra.
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Short pass filter
950 nm
Edmund optics
To prevent scattered excitation light from entering the monochromator.
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Power meter
Field Max II - TOP
Coherent
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To determine elemental compositions via Energy Dispersive X Ray measurements.
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Silicon detector
Acton series-SI 440
Acton
To detect focused luminescence.
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Monochromator
SP2500i
Princeton Instruments
To disperse and measure luminescence spectra.
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To measure CIE-1931 chromaticity coordinates of the emission.
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