上转换材料及其发光机理PPT幻灯片课件

上转换材料及其发光机理 1 2 主要内容 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 3 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 6 二 上转换材料 7 1 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 8 9 2 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 10 3 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 11 1 样品制备与光谱测试 NaOH吸收SiF4 12 2 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 13 3 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 14 3 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