题目：四方相LiY(Yb)F4:Yb3+/Er3+晶体颗粒的合成及上转换荧光光谱的研究

摘  要：稀土离子掺杂的发光材料不仅具备稀土离子良好的光谱学性质，而且发光材料在固体激光器，光学通讯，灯光照明，显示器件以及太阳能电池等领域有着巨大的应用价值。因此，研究各种稀土掺杂发光材料的发光性质，并提高其发光效率成为研究发光材料的主题。本文采用水热法分别合成了四方相LiYF4:Yb3+/Er3+和LiYbF4:Yb3+/Er3+的八面体晶体颗粒，并通过X射线衍射(XRD)，环境扫描电镜(SEM)，荧光光谱观测等途径对其晶相、形貌及上转换荧光光谱等进行了研究。研究结果表明：EDTA（乙二胺四乙酸）表面活性剂的引入导致了样品平均粒径和结晶度的变化及发光强度等的变化。在波长为980.0 nm激光的激发下，观测到了源于2H11/2→4I15/2和4S3/2→4I15/2能级跃迁的绿色上转换荧光发射、 4F9/2→4I15/2  能级跃迁的红光发射和2H9/2→4I15/2能级跃迁所产生的微弱紫光发射。分析了Er3+单掺和Yb3+/Er3+共掺LiYF4的上转换发光机理和基质变化对上转换荧光性质的影响。

第一部分：四方相LiY(Yb)F4:Yb3+/Er3+晶体颗粒的合成及上转换荧光光谱研究
采用水热法制备的Yb3+/Er3+ 共掺LiYF4和LiYbF4晶体是具有四方相的八面体颗粒。分析了样品的XRD (X-射线衍射)谱，SEM(扫描电镜)图和上转换荧光光谱。实验结果表明，EDTA的引入导致了样品平均粒径、表面形貌、结晶度和发光强度等的变化。从SEM图中我们可以清楚的观测到添加了EDTA的晶体颗粒表面更光滑，形貌更规整，尺寸分布更均匀，而没有添加EDTA的晶体颗粒表面凹凸不平，且形貌不规则。并且经过实验所得没有添加了表面修饰剂EDTA的样品发光比添加了EDTA的样品的发光要好的多。同时分析了基质变化对荧光的调控作用，结果表明在980.0nm激发光激发下LiYF4:Yb3+/Er3+ 发射绿色荧光，而LiYbF4:Yb3+/Er3+发射黄色荧光。
第二部分：Er3+单掺和Yb3+/Er3+共掺LiYF4晶体颗粒的上转换荧光发射及Yb3+的浓度对Er3+离子的荧光强度的影响
本实验使用水热法制备了Er3+单掺和Yb3+/Er3+共掺LiYF4晶体颗粒。由光谱测量结果可知，在Er3+单掺和Yb3+/Er3+共掺LiYF4晶体颗粒，Yb3+的掺入对Er3+的荧光发射有显著的增强作用，分析了由能级劈裂产生的多条谱线。并分析讨论了，在980.0nm的激光的激发下，Er3+单掺和Yb3+/Er3+共掺LiYF4晶体颗粒的上转换发光机制。分析当Yb3+的浓度从0mol%增加到20mol%时，样品的荧光强度持续增强，当Yb3+浓度增加到20mol%时，荧光强度达到最大，可是当Yb3+离子的浓度再持续增加时，荧光出现减弱现象。可能原因是样品中有更多的Y3+所在格位被Yb3+离子所替换，使晶体中的Yb3+和Er3+之间的距离变近，离子间相互作用增强，使得Yb3+离子激发态能级寿命变短，因此，造成了荧光强度减弱。还有样品中有可能含有一些其它未分离出的杂质，使能量传递给杂质离子而形成猝灭中心，或是激活离子与基质间存在相互作用而将能量传递给晶格缺陷等，都会引起荧光的减弱。