Yb3+/Er3+共掺杂GdPO4陶瓷辊棒在不同条件下的发光性质

　　陶瓷辊棒制备过程中的选料、熔制和控制析晶三个主要阶段，并详细讨论了制备过程中需要注意的问题。通过分析可知，合适的原料选取和组分设计是形成前驱、析出微晶的先决条件。而热处理温度则是影响陶瓷辊棒中微晶分布的均匀性和粒径的均一性的最关键因素。最后，还简要介绍了文中所涉及的材料表征手段。我们主要Yb3+/Er3+共掺杂GdPO4陶瓷辊棒在不同条件下的发光性质。

　　通过熔融急冷法和后期的热处理成功合成了Yb3+/Er3+共掺杂GdPO4透明陶瓷辊棒。并利用X射线衍射(XRD)、透射电子显微技术(TEM)以及高分辨透射电子显微技术(HRTEM)对材料的结构进行了表征。结果表明，经过热处理后，陶瓷辊棒中形成了大量的GdPO4微晶，且样品的结晶度随着热处理温度的升高而增大。结合XRD和HRTEM相衬图，估算出微晶的平均粒径约为23nm。样品的透射光谱显示陶瓷辊棒在可见和红外该波段仍保持较高的光透过性，这说明GdPO4微晶的平均粒径远小于该波段光波的波长。

　　分别对在670℃、640℃下热处理的Yb3+/Er3+共掺杂GdPO4透明陶瓷辊棒样品GC670、GC640和样品PG的光致发光光谱进行了分析。紫外光(378nm)激发下，由于掺杂的稀土离子在析晶过程中，进入了与前驱相比声子能量更大的GdPO4微晶，样品的整体发光强度按照PG、GC640、GC670的顺序依次下降。而红外光(980nm)激发下的情况则刚好相反，陶瓷辊棒材料的上转换发光强度与相比有很大的增强，且结晶度越高，强度增强越大。这是由于陶瓷辊棒中稀土离子在GdPO4微晶里发生聚集，使得Yb-Er间距离缩短，导致上转换效率提高。另外，我们发现980nm激发下GC670样品的发射光谱中绿光/红光发射强度比值与GC640和PG样品相比明显增大。造成这种现象的主要原因是：结晶度较高的GC670样品，其上转换效率也较高，Er3+离子在4I11/2上的布居数更多，而在上转换过程中，与绿光发射相关的能量传递、交叉弛豫和激发态吸收等过程比与红光发射相关的无辐射跃迁过程更加依赖于4I11/2上的布居数。与红光发射相比，GC670的绿光发射随着布居数的增多而更快地增强。980nm激发下样品的红外发射谱中，由于红外发光与上转换发光存在一定的强度互补关系，陶瓷辊棒的发光强度较样品更弱。根据上转换发光强度，对掺杂离子的浓度进行了优化，发现最佳掺杂浓度为25%Yb3+，2%Er3+。

　　不同泵浦功率激发和不同温度下以670℃热处理的GdPO4:25%Yb3+，2%Er3+陶瓷辊棒的上转换发光性质。不同功率激发下，样品的上转换发射谱中也出现了由4I11/2态上布居数变化引起的绿光/红光发射强度比值变化的现象。295-535K温度范围内，样品中Er3+离子的热耦合能态向基态跃迁产生的523nm(2H11/2→4I15/2)和545nm(4S3/2→4I15/2)绿光发射相对强度发生了明显的变化。基于荧光强度比值测温技术(FIR)，我们对样品绿光发射的荧光强度比值随温度的变化关系进行了拟合，得到有效能量差△E的值为713cm-1，计算出295K对应的相对灵敏度为1.18%K-1。该结果显示了样品被应用于温度探测领域的可能性。

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