稀土氧化物上转换三原色发射与调控开题报告

近年来，新能源电池的飞速发展促进了汽车行业的新一轮改革创新。其中，锂电池凭借其优秀的稳定性和充放电能力脱颖而出，被认为是目前最好的可量产化新能源材料之一。但是其电池寿命检测、短路自燃等问题仍未得到较好的解决，限制了其发展应用。

锂离子电池在充电过程中，锂离子会从正极脱嵌并嵌入负极。但当一些异常情况发生、并造成从正极脱嵌的锂离子无法嵌入负极的话，那么锂离子可能会在负极表面形成金属的锂枝晶。当锂枝晶积累到一定程度后，会有刺破隔膜导致正负极短路的风险，严重时会引起起火，造成严重的安全隐患。

基于锂枝晶对稀土掺杂双钙钛矿氧化物发光的影响，利用光纤与稀土掺杂双钙钛矿氧化物结合，通过观察光学变化，即可用于检测锂电池内锂枝晶的生长情况，从而可以进行锂电池的寿命检测，达到锂电池无损检测的目的。

2. 研究内容和预期目标

本课题的研究内容包括以下几点：

1、稀土掺杂双钙钛矿氧化物的设计、制备和表征

2、稀土掺杂双钙钛矿氧化物上转换发光特性的研究

3. 研究的方法与步骤

1、基于稀土氧化物（如yb₂o₃、ceo₂）和金属氧化物（如wo₃、moo₃）和无机盐（如li₂co₃、na₂co₃、k₂co₃），利用高温固相法和水热法分别合成微米级和纳米级yb³ 单掺富氧空位氧化物。通过引入高价阳离子，增加材料内部的氧空位浓度；通过控制材料的粒径，改变材料的表面积/体积比，调节材料表面的氧空位浓度。利用先进的材料表征手段包括x射线光电子能谱仪、原位x射线衍射仪和高分辨电镜等研究材料的元素价态、晶相结构、形貌粒径、元素分布、比表面积和空位缺陷等物化性质。结合材料的设计、制备和表征，可控制备yb³ 单掺富氧空位氧化物。

2、以yb³ 单掺富氧空位氧化物测试为研究对象，测试稳态/瞬态光谱，探索yb³ 的宽带上转换发射波长和发光强度随时间的变化规律；测试不同激发功率下的发射强度，考察yb³ 的宽带上转换发光的功率依赖性；测试不同温度下的发射强度，探究yb³ 的宽带上转换发光的温度依赖性；测试不同尺寸氧化物发射的最低激发功率密度，研究yb³ 宽带上转换发光激发功率阈值的尺寸依赖性；测试样品发光时的温度，探究富氧空位氧化物的激光热效应；测试漫反射谱，考察样品的光子吸收情况。通过研究yb³ 单掺富氧空位氧化物宽带上转换发射波长/寿命、功率依赖性、温度依赖性、尺寸依赖性、激光热效应和吸收强度，建立氧空位yb³ #8722;宽带上转换发光性能间的构效关系。

3、基于富氧空位yb³ 的宽带上转换发光特性表征，特别是氧空位yb³ #8722;宽带上转换发光性能间的构效关系，探究yb³ 激发态电子的动力学过程；并通过理论计算模拟来探究氧空位yb³ 的激发态电子转移特性，阐明富氧空位yb³ 的本征能级结构；根据理论计算的能级结构，分析发光过程中材料的原子弛豫，探究富氧空位yb³ 氧化物的激光热效应，从而构筑激光热和氧空位之间的协同效应；同时分析氧空位浓度对激发功率阈值的影响，及激发功率阈值对yb³ 宽带上转换发光的影响，建立发光动力学模型。进一步综合剖析诱发yb³ 异常发光的关键因素，包括激发态电子转移和激光热效应，揭示富氧空位yb³ 的宽带上转换发光机制。

4. 参考文献