高发光效率的稀土上转换纳米材料的制备及其应用
发布时间：2021-01-09 16:52
本论文分别采用水热法和热分解法制备了形貌和粒径可控的β-NaYF4:Yb,Er纳米颗粒,并对上转换发光性能进行表征。采用粉末X射线衍射仪（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、红外光谱仪（IR）和荧光分光光度计（PL）等技术对样品进行表征。在最佳的标准下对纳米粒子进行表面修饰,并将其应用在HeLa细胞标记中。具体研究工作如下:（1）以稀土硝酸盐为原料,利用简单的水热法制备NaYF4:Yb,Er颗粒。探讨了反应时间,反应温度,NaF用量对样品的晶体结构,微观形貌以及发光性能的影响。结果表明,当反应温度为200℃,反应时间为24 h,NaF为6 mmoL时,合成了尺寸为5×2μm的β-NaYF4:Yb,Er六棱柱,同时还发现样品的长径比越低发光强度越高,即六棱柱的上下面越大发光强度越高。因此为了降低长径比提高样品的发光强度,还研究了在低NaF用量（4 mmoL）下Gd3+掺杂对样品各个性能的影响。结果表明Gd3+掺杂不仅实现材料从六棱柱向六角盘状转变,而且降...
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
激发态吸收上转换机制示意图
高发光效率的稀土上转换纳米材料的制备及其应用4程后跃迁到激发态，然后从激发态回到基态的这一过程为上转换。如下图1-1，处于基态G的一个电子，吸收一个hv光子后，跃迁到亚激发态E1上，如果下一个光子的震动能量刚好与E2和E1两个能级之间的能量间隔相匹配的话，那么处于E1能级上的电子可以再吸收一个hv光子，然后该电子跃迁到E2能级上发生双光子吸收，最后，一个高能量的光子随着电子从E2能级跃迁回到G基态被获得，形成了上转换发光。激发态吸收不依赖于掺杂离子浓度，在低掺杂离子浓度系统中，也可以观测到的上转换发光现象[20]。图1-1激发态吸收上转换机制示意图。Fig.1-1Theschematicdiagramoftheup-conversionmechanismofexcitedstate.1.2.3.2能量传递(ETU)能量传递上转换是通过相邻一对离子之间的能量转移而发生的，其中一个离子充当能量的施主，而第二个离子充当能量的受体。施主离子浓度通常是受体浓度10-50倍。在ETU过程中，亚稳态的存在是非常重要的，因为中间能级充当储存层。如图1-2所示，处于基态G的两个相邻的离子都分别吸取一个hv光子，从而两个离子都跃迁到亚激发E1能级，随后处于亚激发态的其中两个任意的一个离子将能量转移给另一个亚激发态的离子使其跃迁到激发态E2，其自己本身跃回到基态G，随后一个高能量的光子随处于激发态的离子从E2能级跃迁回G基态而被获得，形成了上转换发光。在这一上转换发光过程中施主和受主离子的选择以及它们各自的浓度都影响ETU机制效率[21]。图1-2能量转移上转换机制示意图。Fig.1-2Theschematicdiagramoftheenergytransferup-conversionmechanism.
青岛科技大学研究生学位论文51.2.3.3光子雪崩(PA)光子学雪崩涉及了以上两个发光机制，指一个基态离子吸取一个非共振的能量致使该离子跃迁到中间的亚稳态能级，随后该离子再吸收一个光子的能量致使其跃迁到更高能级，最后这个处于高能级的离子采取交叉驰豫的方式将能量传递给相邻基态的离子，导致这两个离子都处于中间能级，依次循环下去，中间能级的离子数以指数式增加的过程称为光子雪崩。如图1-3所示，处于基态G的离子吸收一个非共振激发能量跃迁到中间能级E1上，再吸收一个hv光子跃迁到发射能级E2上，然后再与相邻基态G上的离子通过交叉驰豫方式进行能量转移，致使亚稳态E1上产生了两个离子，然后这两个离子再分别吸收一个hv光子跃迁到激发态E2能级上，以此循环下去，E1能级上的离子数以雪崩式增加，从而产生光子雪崩上转换现象[22]。图1-3光子学雪崩上转换机制示意图。Fig.1-3Theschematicdiagramofthephotonavalancheup-conversionmechanism.1.3稀土上转换发光材料的制备方法1.3.1热分解法热分解是将有机或无机前驱体在高沸点有机溶剂中的熔化再合成的过程，它是用于制备无机纳米晶体的传统方法。以稀土三氟乙酸盐和三氟乙酸钠为前驱体采用热分解法制备稀土上转换发光材料是普遍应用的制备方法。主要的制备过程由以下几个部分组成：（1）RE(CF3COO)3和CF3COONa前驱体的合成；(2)将定量的前驱体加入到油酸(OA)、1-十八烯(OD)和油胺(OM)的混合物中；（3）在氩气保护下，将溶液强磁力搅拌同时加热至110℃并保持30min，以除水除氧；（4）在同样气氛下将溶液加热至高温（>290℃）保温一段时间，然后在冷却至室温后从反应混合物收集纳米晶。Yan[23,24]以La(CF3COO)3和Sm(CF3COO)3作为前驱体的采用热分解方法首
【参考文献】：
期刊论文
[1]核-壳型稀土上转换纳米材料的生物医学应用[J]. 彭叶青,李志豪,刘子恩,袁荃. 中国科学:化学. 2015(11)
[2]Er3+,Yb3+共掺杂BaGd2ZnO5纳米晶体上转换光学温度传感[J]. 刘延洲,杨艳民,郭彦明,张连水,米超,刘琳琳. 光谱学与光谱分析. 2015(02)
[3]稀土掺杂材料的上转换发光[J]. 花景田,陈宝玖,孙佳石,程丽红,仲海洋. 中国光学与应用光学. 2010(04)
[4]稀土元素掺杂长余辉发光材料研究的最新进展[J]. 李成宇,苏锵,邱建荣. 发光学报. 2003(01)
[5]稀土配合物发光中的能量传递研究[J]. 陶栋梁,章婷,徐怡庄,徐征,高新,张月平,吴瑾光,徐叙瑢. 中国稀土学报. 2001(06)
[6]光子雪崩上转换的四能级模型[J]. 陈学元,罗遵度. 光学学报. 2000(01)
本文编号：2967042
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
激发态吸收上转换机制示意图
高发光效率的稀土上转换纳米材料的制备及其应用4程后跃迁到激发态，然后从激发态回到基态的这一过程为上转换。如下图1-1，处于基态G的一个电子，吸收一个hv光子后，跃迁到亚激发态E1上，如果下一个光子的震动能量刚好与E2和E1两个能级之间的能量间隔相匹配的话，那么处于E1能级上的电子可以再吸收一个hv光子，然后该电子跃迁到E2能级上发生双光子吸收，最后，一个高能量的光子随着电子从E2能级跃迁回到G基态被获得，形成了上转换发光。激发态吸收不依赖于掺杂离子浓度，在低掺杂离子浓度系统中，也可以观测到的上转换发光现象[20]。图1-1激发态吸收上转换机制示意图。Fig.1-1Theschematicdiagramoftheup-conversionmechanismofexcitedstate.1.2.3.2能量传递(ETU)能量传递上转换是通过相邻一对离子之间的能量转移而发生的，其中一个离子充当能量的施主，而第二个离子充当能量的受体。施主离子浓度通常是受体浓度10-50倍。在ETU过程中，亚稳态的存在是非常重要的，因为中间能级充当储存层。如图1-2所示，处于基态G的两个相邻的离子都分别吸取一个hv光子，从而两个离子都跃迁到亚激发E1能级，随后处于亚激发态的其中两个任意的一个离子将能量转移给另一个亚激发态的离子使其跃迁到激发态E2，其自己本身跃回到基态G，随后一个高能量的光子随处于激发态的离子从E2能级跃迁回G基态而被获得，形成了上转换发光。在这一上转换发光过程中施主和受主离子的选择以及它们各自的浓度都影响ETU机制效率[21]。图1-2能量转移上转换机制示意图。Fig.1-2Theschematicdiagramoftheenergytransferup-conversionmechanism.
青岛科技大学研究生学位论文51.2.3.3光子雪崩(PA)光子学雪崩涉及了以上两个发光机制，指一个基态离子吸取一个非共振的能量致使该离子跃迁到中间的亚稳态能级，随后该离子再吸收一个光子的能量致使其跃迁到更高能级，最后这个处于高能级的离子采取交叉驰豫的方式将能量传递给相邻基态的离子，导致这两个离子都处于中间能级，依次循环下去，中间能级的离子数以指数式增加的过程称为光子雪崩。如图1-3所示，处于基态G的离子吸收一个非共振激发能量跃迁到中间能级E1上，再吸收一个hv光子跃迁到发射能级E2上，然后再与相邻基态G上的离子通过交叉驰豫方式进行能量转移，致使亚稳态E1上产生了两个离子，然后这两个离子再分别吸收一个hv光子跃迁到激发态E2能级上，以此循环下去，E1能级上的离子数以雪崩式增加，从而产生光子雪崩上转换现象[22]。图1-3光子学雪崩上转换机制示意图。Fig.1-3Theschematicdiagramofthephotonavalancheup-conversionmechanism.1.3稀土上转换发光材料的制备方法1.3.1热分解法热分解是将有机或无机前驱体在高沸点有机溶剂中的熔化再合成的过程，它是用于制备无机纳米晶体的传统方法。以稀土三氟乙酸盐和三氟乙酸钠为前驱体采用热分解法制备稀土上转换发光材料是普遍应用的制备方法。主要的制备过程由以下几个部分组成：（1）RE(CF3COO)3和CF3COONa前驱体的合成；(2)将定量的前驱体加入到油酸(OA)、1-十八烯(OD)和油胺(OM)的混合物中；（3）在氩气保护下，将溶液强磁力搅拌同时加热至110℃并保持30min，以除水除氧；（4）在同样气氛下将溶液加热至高温（>290℃）保温一段时间，然后在冷却至室温后从反应混合物收集纳米晶。Yan[23,24]以La(CF3COO)3和Sm(CF3COO)3作为前驱体的采用热分解方法首
【参考文献】：
期刊论文
[1]核-壳型稀土上转换纳米材料的生物医学应用[J]. 彭叶青,李志豪,刘子恩,袁荃. 中国科学:化学. 2015(11)
[2]Er3+,Yb3+共掺杂BaGd2ZnO5纳米晶体上转换光学温度传感[J]. 刘延洲,杨艳民,郭彦明,张连水,米超,刘琳琳. 光谱学与光谱分析. 2015(02)
[3]稀土掺杂材料的上转换发光[J]. 花景田,陈宝玖,孙佳石,程丽红,仲海洋. 中国光学与应用光学. 2010(04)
[4]稀土元素掺杂长余辉发光材料研究的最新进展[J]. 李成宇,苏锵,邱建荣. 发光学报. 2003(01)
[5]稀土配合物发光中的能量传递研究[J]. 陶栋梁,章婷,徐怡庄,徐征,高新,张月平,吴瑾光,徐叙瑢. 中国稀土学报. 2001(06)
[6]光子雪崩上转换的四能级模型[J]. 陈学元,罗遵度. 光学学报. 2000(01)
本文编号：2967042
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