1、稀土离子配合物敏化发光效应的实验研究,新疆大学硕士论文答辩,答辩人 姓 名：许 思 友学 科、专 业：光 学 研 究 方 向：光纤通信 导师姓名 职称：葛文萍副教授,新疆大学物理科学与技术学院,内容提要,1.实验目的及方案 2.实验创新点 3.稀土配合物敏化发光效应 4.实验材料的选取 5.稀土离子单掺配合物的制备及敏化特性 6.稀土离子共掺配合物的制备及敏化特性 7.结论 8.研究生期间发表论文情况 9.致谢,目的: 研究不同稀土离子的敏化发光效应,通过实验分析筛选出优良的稀土离子作为稀土离子配合物的发光离子,制备出稀土离子单掺配合物 ,共掺配合物，并得出不同稀土离子在配合物中的敏化发光特性
2、.实验方案:1 制备稀土离子单掺配合物,通过分析其敏化发光特性筛选出优良的用于单掺配合物的稀土离子,并得出不同稀土离子在单掺配合物中的敏化发光特性.2 使用化学掺杂法制备稀土离子共掺配合物通过分析其敏化发光特性筛选出优良的用于共掺配合物的稀土离子,并得出不同稀土离子在共掺配合物中的敏化发光特性.,一 实验目的及方案,二 创新点:,1本实验采用化学掺杂法,既先将两种稀土离子混合再与配体聚合的方法制备出稀土离子共掺配合物，此方法是在同一配体不同健位掺杂两种稀土离子，这有利于提高敏化发光效应能量传递效率； 2. 实验较为系统的分析了不同的稀土离子在单掺配合物 ,共掺配合物中的敏化发光效应.,三 稀土
3、配合物敏化发光效应,稀土配合物中敏化发光效应的研究始于20世纪。1942, Wessman发现用紫外线激发某些稀土配合物时，能够发出位于可见光区域的稀土离子的特征线状荧光光谱，并且证明稀土离子发光的主要能量来源于分子内的能量转移,稀土配合物中敏化发光效应一般可以分为两类:,1. 稀土离子与配体的敏化效应。2. 稀土离子与稀土离子之间的敏化效应。,1. 稀土离子与配体敏化效应敏化效应是通过的三个过程完成的，即配体吸收能量;配体向中心离子传递能量;中心离子发射荧光。稀土配合物中心离子发光的必要条件是配体和中心离子能量转移时存在Antenna效应，即配体的三重激发态能量和稀土离子的激态能量必须匹配，
4、才能实现配体向中心离子的能量有效转移。,图一 敏化效应示意图A,2. 稀土离子与稀土离子敏化效应当配体的三重态能级远远高于稀土离子的激发态能级，或能量传递效率不高时,需要提供了一种高效的间接泵浦方式。此种敏化效应是通过的四个过程完成的。,图二 敏化效应示意图B,四 实验材料的选取,跃迁发光的稀土离子可以分为下列四种情况发光较强的Sm3+、Eu3+、Tb3+和Dy3+ 发光微弱的Pr3+、Nd 3+、Er3+、Tm3+和Yb3+ 低价离子：主要有Eu2+，Yb2+，Sm2+和Ce2+这些低价离子 不发光的稀土离子：La 3+， Lu 3+ ,Gd 3+,选取材料,根据稀土离子的发光特性及Diek
5、e能级图通过各类型原料的对比，我们选用发光较强且能级较匹配的Sm 3+、Eu 3+、Tb 3+做为中心发光离子, 选择-二酮类的噻吩甲酰三氟丙酮（TTFA）做为配体,稀土元素指的是元素周期表中从镧(La) 到镥(Lu)的15个镧系元素加上同属IIIB族的2个元素，共17个元素，其称谓的由来是由于最初在获得的矿物中这些元素的含量很低，故而被命名为稀有的“土”。,图 Dieke能级图,1试剂与仪器:,五 稀土离子单掺配合物光谱特性,(A)主要试剂,氧化铽（Tb2O3） 氯化铕(EuCl3) 氯化钐(SmCl3) -噻吩甲酰三氟丙酮(TTFA) 乙醇，蒸溜水, 盐酸（HCl）其中Tb3O2、SmCl
6、3 、EuCl3 、TTFA为美国ALFR公司进口 ,(B)主要仪器,有台式电热鼓风干燥箱WGY-10型荧光分光光度计,2 稀土离子Eu 3+ 、Sm 3+与Tb 3+单掺配合物合成步骤,（1）称取EuCl3 ，放入试管中，再加适量的乙醇，室温搅拌使其溶解，配成溶液；（2）称取TTFA(按照与EuCl3摩尔比3：1)，放入试管中，再加一定量的乙醇，室温搅拌直到完全溶解； （3）将TTFA和EuCl3各自的乙醇溶液混合，混合物搅拌两小时； （4）放入台式电热鼓风干燥箱，50加热使其反应，直到溶剂完全蒸发。再加入适量乙醇溶液反应，反复多次直至其完全反应；（5）析出物用加入乙醇，在一定温度下干燥，多
7、次洗涤后得到配合物Eu(TTFA)3。,其反应方程如下：,最终得到三种稀土离子单掺配合物Eu(TTFA)3 Tb(TTFA)3 Sm(TTFA)3 使用400nm激发光激发三种样品分别得到他们的荧光光谱,Eu、Sm、Tb离子单掺配合物吸收光谱,Eu离子单掺配合物荧光光谱,Tb离子单掺配合物荧光光谱,Sm离子单掺配合物荧光光谱,3不同稀土离子单掺配合物的荧光光谱特性,图4 Eu(TTFA)3、Sm(TTFA)3 、Tb(TTFA)3荧光光谱,六 稀土离子共掺配合物的光谱特性,1 稀土离子Tb 、 Eu、Sm共掺配合物的合成步骤,（1）称取EuCl3放入试管中，再加适量的乙醇，室温搅拌使其溶解，配
8、成溶液； (2）按照与EuCl3摩尔比1：1称取TbCl3（Tb2O3先与HCl反应生成TbCl3），放入EuCl3试管中，再加适量的乙醇，室温搅拌使其溶解，配成溶液； （3）称取TTFA(按照与EuCl3摩尔比6：1)，放入配成溶液的试管中，再加一定量的乙醇，室温搅拌直到完全溶解； （4）放入台式电热鼓风干燥箱，50加热使其反应，直到溶剂完全蒸发。再加入适量乙醇溶液反应，反复多次直至其完全反应； （5）析出物用乙醇多次洗涤后，在一定温度下干燥，最后得到配合物Eu:,Tb:(TTFA)3。,Sm,Eu共掺配合物的荧光光谱,Tb:,Sm共掺配合物的荧光光谱,Tb, Eu共掺配合物的荧光光谱,2
9、Eu:,Sm:(TTFA)3共掺配合物的荧光光谱特性,图5 Eu(TTFA)3、Sm(TTFA)3和Eu:,Sm: (TTFA)3的荧光光谱,图 能级示意图,3. Eu:,Tb:(TTFA)3共掺配合物的荧光光谱特性,图 Tb(TTFA)3 、 Eu(TTFA)3和Eu:,Tb:(TTFA)3的荧光光谱,4. Tb:,Sm:(TTFA)3共掺配合物的荧光光谱特性,图 Tb(TTFA)3、Sm(TTFA)3和Tb:,Sm:(TTFA)3的荧光光谱,七 结论与工作展望,1本实验采用化学掺杂法将两种稀土离子混合再与TTFA聚合的方法制备出稀土离子配合物，此方法是在同一配体不同健位掺杂两种稀土离子，这
10、有利于提高敏化发光效应能传递效率；2. 在稀土离子单掺配合物实验中： 稀土离子Tb 3+、Sm 3+和 Eu 3+与配体配合时都具有敏化发光效应。其中Eu离子与配体的敏化效应最强；3. 在稀土离子共掺配合物实验中：Eu:,Sm:(TTFA)3共掺配合物中Sm 3+对Eu 3+的发光有明显的敏化效应，Tb:,Sm:(TTFA)3共掺配合物中Tb 3+对Sm 3+的发光有明显的敏化效应，Eu:,Tb:(TTFA) 3共掺配合物中Tb 3+对Eu 3+的发光有明显的敏化效应，其中 Eu:,Sm:(TTFA)3共掺配合物的敏化效应最强.,4. 由于稀土离子的发射峰锐、掺杂浓度高、荧光强度高等优点，所以
11、将Eu离子单掺配合物和Eu离子，Sm离子共掺配合物应用于光波导，光纤放大器，激光材料等都具有良好的发展前途。,工作展望,由于时间关系，仪器限制本研究工作还存在很多不足，许多方面还需要完善。1 在稀土离子共掺配合物实验中发现共掺摩尔比对敏化发光效应也具有较大影响，所以进一步对不同摩尔比稀土离子共掺配合物的研究有着很高的研究价值。 2 稀土离子共掺配合物的结构对敏化效应的影响需要进一步深入研究。,硕士期间发表论文情况,1 许思友，葛文萍，王磊等.稀土离子配合物敏化发光效应的实验研究. 激光技术J. 已接收，预发表在2008年第11期.2 许思友，葛文萍，王磊等.短距离通信中的塑料光纤无源器件技术.
12、光通信技术J.2007,11:48-52.3 许思友，葛文萍，王磊等.塑料光纤无源器件 2007年 全国光学年会（会议）249-2534 王磊，葛文萍，许思友等.稀土离子掺杂聚合物光纤光谱特性研究 激光杂志 5 何蕾，王倩，贾丽娟，许思友等.外逸电子发射及其在辐射剂量测量中的应用，核电子学与探测技术，已接收，预发表在2008年第11期. 6 何蕾，王倩，贾丽娟，许思友等.多晶Al2O3薄膜的制备及其红外吸收谱研究，材料导报，发表2008年5月材料开发专辑.,致谢,本论文是在导师葛文萍老师的精心指导下完成的，三年来导师不仅在治学、做人方面给予了我无尽的教诲与鼓励，而且在生活上也给予了我无私的帮助
13、和亲切的关怀。导师敏锐的学术思想、广博的学识、严谨的治学态度使我在三年的学习中受益匪浅，在此特向导师致以衷心的感谢。 感谢物理学院的领导，老师对我悉心讲授和指导！感谢刘伟霞老师对班级的细心管理和所给予我个人的帮助与指导！ 感谢信息学院黄晓辉老师，物理学院戴康老师在做实验的过程中给予的极大帮助！ 感谢新疆理化所的常爱民老师，陈朝阳老师，范艳伟老师实验测试中的帮助和指导！ 感谢物理学院沈异凡老师，信息学院贾振红老师对本文的审阅并提出宝贵意见！ 感谢物理学院周红老师，信息学院许静老师给予的帮助！ 感谢物理学院05级研究生，感谢光学原子分子专业所有同学给予我的鼓励和帮助！ 感谢学友王磊，何蕾在学习试验中的帮助和支持！ 感谢我的父母，是他们无私的爱意、关怀和支持，使我才能顺利完成学业。 最后，我要向在百忙之中抽时间对本文进行审阅、评议和参加本人论文答辩的各位老师、同学表示感谢！,谢谢大家!,
