硅基表面NaYF4:Yb/Er上转换复合薄膜的制备及其摩擦学性能研究

NaYF4:Yb/Er upconversion film has low phonon energy and efficient upconversion luminescence, widely used in the fields of solar cells. However, wear, cracking and fall off always occur in the use of NaYF4:Yb/Er upconversion film, which seriously limit its application. To solve these problems, based on self-assembled technology NaYF4:Yb/Er upconversion composite film is prepared on silicon substrates and the optimal preparation method is determined. The structure and surface distribution of NaYF4:Yb/Er composite film are studied, the mechanism of interface between the composite film and substrate is analyzed and the forming mechanism of the film is explored. The friction form and wear life of NaYF4:Yb/Er upconversion film under different load and friction medium are investigated. The effects of structure and the interface bonding strength on friction and wear properties of upconversion composite film are analyzed, the friction and wear mechanism of the composite film is illuminated. The completion of this project can develop a new technology of preparing upconversion film on silicon substrates, which is expected to address the failure of upconversion film caused by weak bonding force and poor quality of the composite film, improve the working life of upconversion film and promote its practical application.

NaYF4:Yb/Er上转换薄膜具有声子能量低、上转换效率高等特点，在太阳能电池等光电领域存在极大的应用价值，但其在使用过程中容易发生磨损、开裂、脱落等问题，严重限制了其的广泛应用。针对上述问题，本研究工作基于自组装膜制备技术在硅基表面制备NaYF4:Yb/Er上转换复合薄膜，确定制备上转换复合薄膜的最佳工艺；研究上转换复合薄膜的组织结构形态，探讨上转换复合薄膜与基体界面的作用机制，探明其界面演变规律，阐明其成膜机理；研究上转换复合薄膜在不同载荷、摩擦介质等参数下的摩擦磨损形式及耐磨损寿命；探明上转换复合薄膜摩擦磨损性能与其组织、结构及界面结合强度之间的关系，阐明其耐磨机理。本项目的完成可发展一种在硅基表面制备上转换薄膜的新技术，有望解决因薄膜质量差、界面结合力弱而导致上转换薄膜失效的关键问题，有助于提高上转换薄膜的使用寿命并促进其实际应用。

β-NaYF4:Yb/Er上转换薄膜具有声子能量低、上转换效率高等特点，在太阳能电池等光电领域存在极大的应用价值，但其在使用过程中容易发生磨损、开裂、脱落等问题，严重限制了其的广泛应用。针对上述问题，本研究工作基于自组装膜制备技术在硅基表面制备β-NaYF4:Yb/Er上转换复合薄膜。研究β-NaYF4:Yb/Er的上转换荧光增强，探讨Cr3+掺杂对β-NaYF4:Yb/Er形貌及上转换发光性能的影响，揭示β-NaYF4:Yb/Er晶体的荧光效率增强机理。采用水热法合成表面氨基化的β-NaYF4:Yb/Er晶体，选择KH-560作为“分子桥”，在硅基表面制备β-NaYF4:Yb/Er上转换薄膜，揭示β-NaYF4:Yb/Er上转换薄膜的组装机理以及组装过程对β-NaYF4:Yb/Er上转换薄膜发光性能的影响规律。选择KH-560薄膜作为中间层，采用自组装技术在硅基体表面制备β-NaYF4:Yb/Er上转换薄膜，采用摩擦学试验测试β-NaYF4:Yb/Er上转换薄膜与硅基体的界面结合强度，研究薄膜组装时间、KH-560薄膜厚度对β-NaYF4:Yb/Er上转换薄膜磨损寿命的影响规律，研究载荷、摩擦速度等因素对β-NaYF4:Yb/Er上转换薄膜摩擦性能的影响，阐明上转换薄膜与基体的界面结合强度对上转换薄膜摩擦学性能的影响机理。本项目的完成发展了硅基表面β-NaYF4:Yb/Er上转换复合薄膜制备的新技术，一定程度上解决了上转换薄膜耐磨性能差，使用寿命短的难题，有助于提高上转换薄膜的使用寿命并促进其实际应用。