本文關鍵詞： 稀土 上轉換 單粒子 多色發(fā)光 顏色調(diào)制　出處：《中國科學技術大學》2017年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：稀土摻雜的上轉換發(fā)光材料是一種可以把長波長、低能量的近紅外光轉化為短波長、高能量的紫外或可見光的無機晶體材料。由于稀土離子種類繁多且具有非常豐富的階梯狀4f能級,這不僅使上轉換多光子的激發(fā)過程成為現(xiàn)實,更使材料的發(fā)射譜線覆蓋了整個可見光區(qū),為寬范圍的顏色調(diào)控提供了無限可能。與傳統(tǒng)的熒光染料和量子點相比,因其采用近紅外光激發(fā),穿透能力強,可避免背景熒光的干擾。此外,上轉換發(fā)光還具有譜帶窄、壽命長、光穩(wěn)定性高等特點,已經(jīng)被廣泛應用于顯示成像、生物標記、醫(yī)學診斷、光動力治療等領域。在本博士論文中,我們以在單一納米粒子上集成具有多種顏色發(fā)射的上轉換離子為核心思想,嘗試了幾種常見的上轉換材料體系,以獲得紅-綠-藍三原色的輸出;利用核-殼結構策略,將不同的發(fā)光中心整合到單個納米粒子上,構筑出具有多色發(fā)射的單一納米粒子;研究了激發(fā)波長和激發(fā)能量對粒子發(fā)射顏色的影響,實現(xiàn)了對發(fā)光顏色的可控調(diào)制;以單粒子的顏色變化為導向,初步揭示了其在多色顯示和生物標記領域中的應用。本論文的主要研究內(nèi)容如下:1.我們首先選取了三種經(jīng)典的上轉換發(fā)射材料基質(zhì)體系,包括磷酸鹽、氧化物和氟化物。嘗試了各種基質(zhì)最適宜的合成方法,并通過多種表征手段考察了合成方法對產(chǎn)品形貌、結構及發(fā)光性能的影響。探討了通過Er~(3+)、Tm~(3+)、Ho~(3+)等稀土離子摻雜實現(xiàn)紅-綠-藍三原色的單色輸出,為下一步實現(xiàn)單個粒子上的光譜組合打下堅實的基礎。2.利用逐層熱注射法將具有上轉換發(fā)光效應的Tm或Er元素和下轉換紅色發(fā)光效應的Eu元素整合到以氟化物NaGdF_4為基質(zhì)的單個納米粒子上,實現(xiàn)了雙波長調(diào)制的雙色發(fā)射。首先,核內(nèi)摻雜有Yb元素和Tm或Er元素,在980 nm近紅外光激發(fā)下,粒子表現(xiàn)出Er的綠色特征發(fā)射或Tm的藍色特征發(fā)射;殼層中摻雜有Eu元素,在254 nm紫外光激發(fā)下,粒子表現(xiàn)出Eu的紅色特征發(fā)射。同時,為了防止兩種發(fā)光單元之間的相互作用導致的發(fā)光猝滅,采用了 NaYF4鈍化層將兩種發(fā)光單元隔絕開來,提高了發(fā)光效率。3.采用層層外延生長技術和紅、綠、藍三基色的組合策略,將具有不同顏色發(fā)射的Er、Tm與Eu三種稀土離子整合到單個粒子上,成功構筑了單粒子上轉換白光材料。通過高分辨透射電鏡、XRD粉末衍射等手段證明了合成的白光單粒子具有三層結構,元素的分布與比例符合預先的設計。進行了一系列的對比實驗,表明這種三層結構對三色輸出具有決定作用。以顏色疊加原理為出發(fā)點,優(yōu)化了三種稀土元素的摻雜比例,使三色比例復合成明亮的白光。4.由于我們合成的單粒子白光材料采用了三種稀土離子的光譜疊加策略,不同的發(fā)光單元具有不同的上轉換路徑,因而其輸出顏色會隨激發(fā)光的功率密度產(chǎn)生明顯變化。我們發(fā)現(xiàn),當激發(fā)光的功率密度從3 W cm~(-2)提高到30 W cm~(-2)時,單粒子發(fā)光表現(xiàn)出由綠色向青色、白色再到紅色的連續(xù)演變。這種改變激發(fā)功率密度的方法為調(diào)制單粒子的發(fā)光顏色提供了一種新的手段。隨后,我們成功地將這種顏色調(diào)制的單粒子應用到平板顯示和生物標記之中。
[Abstract]:This paper deals with the application of rare earth ions in the fields of imaging , biological marking , medical diagnosis , photodynamic therapy and so on . It has been widely used in the fields of display imaging , biological marking , medical diagnosis and photodynamic therapy . In order to prevent the luminescence quenching caused by the interaction between the two kinds of light - emitting units , two kinds of light - emitting units are isolated by NaYF4 passivation layer , and the light - emitting efficiency is improved . By means of high - resolution transmission electron microscope and XRD powder diffraction , the three kinds of rare earth ions with different colors are integrated into individual particles .

【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TQ422

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 韓嬌;滿石清;;銩鐿共摻鎵酸鹽玻璃上轉換發(fā)光性能[J];陜西科技大學學報(自然科學版);2011年03期

2 祝林鋒;林健;孫真榮;李玉瓊;李東衛(wèi);;摻鉺TeO_2-Nb_2O_5-ZnO系統(tǒng)玻璃的上轉換發(fā)光性能[J];功能材料;2008年10期

3 臧競存,劉燕行,方方;鎢酸釹單晶光譜及其上轉換發(fā)光[J];中國稀土學報;2001年01期

4 李曉文,陳曉波,孫寅官;低濃度摻餌五磷酸鹽非晶的上轉換發(fā)光[J];北京師范大學學報(自然科學版);1997年02期

5 唐基冬;雷春華;王習婷;李承志;張友玉;;氧化釔(鉺,鐿)的合成及上轉換發(fā)光[J];光譜實驗室;2013年05期

6 馬冬云;呂樹臣;易玉峰;王瑩;;鉺鐿共摻多金屬氧酸鹽合成及上轉換發(fā)光研究[J];北京石油化工學院學報;2008年02期

7 范葉霞;夏霏霏;俞澤民;候俊;田崇軍;;鐿濃度對鈥鐿雙摻二氧化鈦上轉換發(fā)光的影響[J];光子學報;2011年03期

8 劉晃清,秦冠仕,林海燕,秦偉平,張繼森,趙丹,吳長鋒,任新光,呂少哲;二氧化鋯納米材料中三價鉺離子的上轉換發(fā)光[J];中國稀土學報;2002年S1期

9 劉恩周;樊君;胡曉云;侯文倩;;基于上轉換發(fā)光的可見/近紅外光催化研究現(xiàn)狀及展望[J];化工進展;2011年12期

10 高淵;曹天野;李富友;;具有協(xié)同表面配體的水溶性稀土上轉換發(fā)光納米材料用于活體淋巴結顯像[J];無機化學學報;2012年10期

相關會議論文 前10條

1 徐莉;關彩虹;于孟斌;金亮;陳高云;;上轉換發(fā)光技術在生化快速檢測中的應用研究[A];公共安全中的化學問題研究進展（第二卷）[C];2011年

2 陳大欽;王元生;余運龍;劉鋒;黃萍;;釹摻雜的納米結構玻璃陶瓷的紅外激發(fā)紫外上轉換發(fā)光[A];第11屆全國發(fā)光學學術會議論文摘要集[C];2007年

3 冷雪松;徐玉恒;;三摻Nd:Yb:Ho:LiNbO_3中的能量上轉煥發(fā)光[A];第十六屆全國晶體生長與材料學術會議論文集-03激光和非線性光學晶體[C];2012年

4 劉熠;劉倩;馮瑋;李富友;;上轉換發(fā)光生物成像技術及應用研究[A];第八屆全國化學生物學學術會議論文摘要集[C];2013年

5 鄒先梅;劉熠;朱幸俊;姚立明;馮瑋;李富友;;808nm激發(fā)的上轉換發(fā)光納米復合探針用于次氯酸的檢測[A];中國化學會第29屆學術年會摘要集——第33分會：納米材料合成與組裝[C];2014年

6 趙謖玲;侯延冰;徐敘tb;;不同基質(zhì)材料中鉺離子的上轉換發(fā)光特性[A];第九屆全國發(fā)光學術會議摘要集[C];2001年

7 潘秀紅;;懸浮技術制備稀土摻雜鈦酸鹽玻璃及其上轉換發(fā)光性能[A];中國空間科學學會空間材料專業(yè)委員會2011學術交流會論文集[C];2011年

8 高偉;李嬌;涂銀勛;高當麗;田宇;鄭海榮;;水熱合成六方相NaYbF4:Pr3+晶體上轉換發(fā)光特性研究[A];2011西部光子學學術會議論文摘要集[C];2011年

9 朱幸俊;李富友;;多功能稀土上轉換發(fā)光納米復合結構用于小動物多模式成像[A];中國化學會第29屆學術年會摘要集——第05分會：無機化學[C];2014年

10 董浩;王也夫;李洋;張超;孫聆東;嚴純?nèi)A;;稀土離子上轉換發(fā)光的調(diào)控及其光敏應用[A];中國化學會第29屆學術年會摘要集——第06分會：稀土材料化學及應用[C];2014年

相關博士學位論文 前10條

1 宋恩海;Yb~(3+)/Mn~(2+)共摻雜鈣鈦礦氟化物ABF_3可調(diào)寬帶上轉換發(fā)光研究[D];華南理工大學;2015年

2 鞏思宇;單晶鈦酸鉛納米纖維的稀土摻雜、復合及其光學性能研究[D];浙江大學;2016年

3 商曉穎;飛秒光與連續(xù)光激發(fā)的摻Er~(3+)納米材料上轉換機制與操控[D];華東師范大學;2016年

4 崔越;稀土摻雜上轉換發(fā)光納米材料NaREF_4制備、優(yōu)化及應用的研究[D];北京交通大學;2016年

5 丁莎;Mn~(2+)摻雜鈣鈦礦三氟化物結構調(diào)控及其發(fā)光性能研究[D];華南理工大學;2016年

6 宗玲博;釔氧化物基質(zhì)材料的微結構調(diào)控及其對發(fā)光性能的增強效應研究[D];北京科技大學;2017年

7 張馨丹;新型無機、金屬有機骨架結構稀土發(fā)光材料的制備及其性能研究[D];中國科學院長春光學精密機械與物理研究所;2017年

8 張洪新;摻Tm~(3+)納米顆粒的上轉換發(fā)光特性與機制[D];華東師范大學;2017年

9 吐爾遜·艾迪力比克;3-Yb~(3+)團簇合作敏化Cu~(2+)、Pb~(2+)上轉換發(fā)光及團簇結構性破壞熒光猝滅研究[D];吉林大學;2017年

10 劉曉輝;基于合作躍遷的近紅外光催化和Sm~(2+)、Eu~(3+)上轉換發(fā)光的研究[D];吉林大學;2017年

相關碩士學位論文 前10條

1 廖佳燕;光子晶體及金屬銀納米顆粒增強稀土摻雜NaYF_4納米顆粒上轉換發(fā)光性質(zhì)研究[D];昆明理工大學;2015年

2 劉雪娥;稀土摻雜氟化物納米晶的合成及發(fā)光性能研究[D];昆明理工大學;2015年

3 趙紅偉;含氧酸鹽基質(zhì)光轉換熒光粉的發(fā)光性能研究[D];大連交通大學;2015年

4 翟梓會;試驗優(yōu)化設計稀土離子摻雜鉬酸鹽熒光粉發(fā)光性質(zhì)的研究[D];大連海事大學;2015年

5 關瑩;鐿離子Yb~(3+)摻雜釩/鉬酸鹽的合成和發(fā)光性能研究[D];蘇州大學;2015年

6 王欣;稀土上轉換發(fā)光納米材料用于近紅外光激發(fā)的光動力治療聯(lián)合腫瘤基因治療的研究[D];蘇州大學;2015年

7 陶冶;銷鐿銩摻雜12CaO·7Al_2O_3的制備及上轉換發(fā)光性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2015年

8 廖艷平;鉺鐿鋰摻雜AZO陶瓷的制備及發(fā)光性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2015年

9 潘云星;稀土摻雜Ba_(0.8)Sr_(0.2)TiO_3陶瓷的制備及其上轉換發(fā)光性能的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2015年

10 徐艷玲;稀土離子（Yb~(3+),Tm~(3+),Er~(3+)）共摻雜YAG單晶光纖上轉換發(fā)光特性研究[D];浙江大學;2015年

，

本文編號：1513292