上转换材料及其发光机理解析.ppt

上转换材料及其发光机理 2 主要内容 上转换机理 1 上转换材料 2 实例分析 3 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 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 机理效率实力 连续能量传递10-2YF3;Yb3+,Er3+ 两步吸收10-5SrF2;Er3+ 协同敏化10-6YF3;Yb3+,Tb3+ 协同发光10-8YbPO4 产生二阶谐波10-11KH2PO4 双光子吸收激发10-13CaF2;Eu2+ 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 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Yb 3+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Yb 3+ 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 谱中这些激发峰的强 度极弱，甚至观察不 到。

附：粉末材料配方及制备工艺 15 16 小结： 1、上转换的发光机理 2、上转换材料（单掺杂或双掺杂 ） 3、实例分析 a样品制备与表征 b激发机理 c结论讨论 。