上转换荧光丝素薄膜的制备及其性能研究

发布时间：2018-06-16 06:08

本文选题：丝素 + 上转换荧光　；参考：《苏州大学》2016年博士论文

【摘要】：柔性荧光薄膜在太阳能电池、显示器、LED、可植入设备中有着广泛的研究和应用,其常用的荧光组分包括有机染料、荧光粉、量子点等发光材料。稀土上转换纳米颗粒(UCNPs)是一种在近红外光激发下发出可见光的发光材料,与上述发光材料相比,UCNPs具有化学稳定性高、光稳定性高、荧光寿命长、反斯托克斯位移大、发光谱带窄、光穿透深度大等诸多优点,因而基于UCNPs的复合薄膜吸引了人们越来越多的关注。目前荧光薄膜常用的母体材料主要是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等合成高分子聚合物。然而这些高分子聚合物来源于不可再生的石油资源,难以降解,其生产和使用给环境造成了巨大的伤害。特别是随着生物相容性、可植入光电器件的发展,迫切需要一种能够满足生物相容、生物降解、可持续发展等特性的基底材料。与高分子聚合物相比,丝素蛋白(SF)拥有优异的光学性能、生物相容性、可植入性、生物降解性和力学性能,易于加工成薄膜、凝胶、纤维、三维支架、海绵等各种形态。因此,将SF作为基底材料与UCNPs复合得到的荧光薄膜有可能在可穿戴、可植入、可降解的光电器件中有重要的应用价值。本文以Na YF4:Yb,Er为例,将丝素蛋白作为柔性基底材料与Na YF4:Yb,Er复合制备了上转换荧光复合薄膜。同时针对Na YF4:Yb,Er荧光效率低的缺陷,基于等离子体增强上转换发光的原理,利用Au纳米颗粒和银纳米线(Ag NWs)的表面等离子体共振(SPR)效应制备了两种荧光增强的复合薄膜。(1)使用高温热分解法成功制备出平均粒径为35 nm的β-Na YF4:Yb,Er纳米晶体,在980 nm激光激发下,荧光光谱有三个发射峰,分别对应于Er3+离子的2H11/2→4I15/2(520 nm)、4S3/2→4I15/2(540 nm)、4F9/2→4I15/2(660 nm)的能级跃迁,其主要的上转换发光机制是能量传递上转换。(2)利用在硅片上旋涂Na YF4:Yb,Er再转移到SF中风干成膜的方法制备了SF-UCNP复合薄膜。当Na YF4:Yb,Er浓度为10 mg/m L时制备得到的SF-UCNP复合薄膜透光率高达88%。Na YF4:Yb,Er纳米晶体在SF基底中分散良好,没有明显的团聚现象。傅立叶红外光谱(FT-IR)、热分析结果表明丝素薄膜二级结构没有发生变化。在980 nm激光激发下,SF-UCNP复合薄膜发出肉眼清晰可见的绿光。(3)在硅片上旋涂Na YF4:Yb,Er,然后在其表面喷金后转移到SF中风干成膜,制备了一种荧光增强的SF-UCNP-Au复合薄膜。喷金30 s得到的复合薄膜荧光强度增加最多,超过30 s后,荧光强度急剧下降,此时非辐射衰减起主要作用,导致UCNPs荧光淬灭。喷金30 s得到的SF-UCNP-Au复合薄膜的透光率80%,荧光寿命减小。喷金对复合薄膜的微观形貌没有产生影响。(4)将Ag NWs和β-Na YF4:Yb,Er依次旋涂在硅片表面,然后转移到SF基底中,制备出一种具有优异的透光性能(≥80%)、导电性能(≤20Ω/sq)和柔性的SF-Ag NW-UCNP复合薄膜。相比于SF-UCNP薄膜,0.5 mg/m L的Na YF4:Yb,Er制备得到的SF-Ag NW-UCNP薄膜可获得最大程度的荧光增强,其在520 nm、540 nm和660 nm处的荧光强度分别增加3倍、2.7倍和3.38倍。其中Ag NWs起到导电网络和等离子体增强的双重作用。
[Abstract]:The present invention has the advantages of high chemical stability , high light stability , long fluorescence life , high anti - Stokes shift , narrow emission spectrum band , high light penetration depth and the like , and is easy to be processed into various forms of film , gel , fiber , three - dimensional stent , sponge and the like . In this paper , two kinds of fluorescent reinforced composite films were prepared by using the surface plasmon resonance ( SPR ) effect of Au nanoparticles and silver nanowires ( Ag NWs ) . ( 3 ) Na YF4 : Yb , Er was spin - coated on the silicon wafer , and then transferred to SF for film formation after spraying gold on its surface . The fluorescence intensity of SF - UCNP - Au composite film was increased by up to 30 s . The fluorescence intensity of SF - UCNP - Au composite film was increased by 3 times , 2.7 times and 3.38 times respectively .
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.2

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