NaYbF 4 @NaYF 4 :Yb/Er核壳结构纳米晶的制备及其荧光性能的研究
发布时间：2021-08-08 20:48
上转换荧光发光是将两个或多个近红外光子转换为高能量光子的非线性光学过程。稀土掺杂上转换纳米材料具有如下优势:强光穿透力、发光寿命较长、灵敏度高、反斯托克斯位移大、低荧光背景等等。但上转换纳米材料的低荧光发射效率是制约其应用的关键难题,研究者们一直致力于大幅提高其光发射效率。高掺敏化剂成为提高上转换发光强度非常有效的策略,但敏化剂掺杂量严重受限于材料本征性质。核壳结构成为提升激活剂掺杂量及高效吸收光源能量,进而提高发光效率的潜力方向。基于此,本课题拟设计核壳结构NaYbF4@NaYF4:Yb/Er纳米晶,在晶核中积累大量Yb3+敏化剂并协同壳层中Yb3+敏化剂同时为Er3+离子输送能量,有利于完成更高效的上转换发光。本文聚焦于NaYbF4@NaYF4:Yb/Er核壳纳米晶的制备及其优化:通过热裂解法优化NaYbF4晶核,获得形貌均匀且尺寸较小的纳米晶核,为成功制备NaYbF4@NaYF
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
上转换发光的五种机制：(a)激发态吸收上转换(ESA)，(b)能量传递上转换(ETU)，(c)合作敏化上转换(CSU)，(d)交叉弛豫(CR)，(e)光子雪崩(PA)[33]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文8类的高沸点有机溶剂中进行合成反应，并在诸如氩气或氮气这类惰性气体的气氛保护下对反应进行升温，并且排除反应体系中多余的水。Chen等人[64]采用热裂解法合成了粒径约为7~10nm、具有规则形状并且分散性较好的NaYF4:Yb/Tm的稀土掺杂上抓换纳米晶(图1-2)。可以通过在进行反应的过程中添加前驱体，再用一步法对具有核壳结构的上转换纳米晶进行简单的制备合成。使用热裂解法合成的上转化纳米晶形貌均匀，并且尺寸易于调控。图1-2用热裂解法制备的NaYF4:Yb/Tm的TEM图[64]1.4.2溶剂热法溶剂热法是在密闭容器中进行反应的，一般的操作步骤是把制备目标稀土掺杂上转换纳米晶所需要的反应原材料配置成反应溶液，完成混合后反应一段时间再将反应后的溶液转移到清洗干净的反应釜当中，在高温、高压的条件下持续反应一段时间，即可得到相应的反应产物[65,66]。溶剂热法可以制定相应的反应条件并且选择不同的反应溶剂以满足不同上转换材料的反应需求，较为常用的反应溶剂包含有乙醇、水、以及乙二醇等。在此方法中反应溶剂所具备的密度、黏度以及其本身具有的沸点都对所制备上转换纳米材料的性能存在着极大的影响作用，通常在具有高密度、高黏度的溶剂中所制备上转换材料能够很好的控制其粒径的大小以及是否具有良好的分散性。例如Sun等[67]采用溶剂热法，以Re(NO3)3·xH2O，聚乙烯亚胺(PEI)等作为原材料在溶剂乙二醇(EG)中合成制作出了粒径比较均一的NaYF4:Yb/Tm纳米晶。采用溶剂热法所制备出来的产物尺寸不易于调控。该方法制备NaYF4:Yb/Tm纳米晶样品的透射电镜照片见图1-3。
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文9图1-3用溶剂热法制备NaYF4:Yb/Tm纳米晶[67]1.4.3共沉积法共沉淀法在稀土掺杂的上转换纳米晶工业化制备的大规模生产中表现出很大的应用前景，在上转换纳米晶的合成过程中更加环保并且制备方法比较简便。共沉淀法是在稀土盐中如Ln(CH3COO)3或LnCl3的OA/OM和ODE的溶液中加入对应的沉淀剂，然后通过成核与生长的过程，再经过沉淀以及洗涤等步骤制备得到稀土掺杂的上转换纳米晶。Chen等人[68]通过共沉淀法合成了稀土掺杂的上转换纳米晶，并且通过在水中的阳离子进行交换进而实现了Ln3+掺杂的多色纳米晶的制备。然而与其他的制备方法相比较，共沉淀法所制备得到的上转换纳米材料一般表现出不规则的形貌，并且晶体的尺寸较大，约在40nm左右。材料共沉淀法合成的NaYF4:Yb/Er纳米晶见图1-4。图1-4用共沉淀法所做的NaYF4:Yb/Er纳米晶[68]
【参考文献】：
期刊论文
[1]稀土发光材料的研究进展[J]. 洪广言. 人工晶体学报. 2015(10)
[2]镧系掺杂上转换发光纳米材料的研究进展[J]. 赵莲,冯建. 化学与生物工程. 2013(04)
[3]稀土上转换发光材料研究进展[J]. 张晓君. 科技资讯. 2011(27)
[4]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)
[5]稀土纳米上转换发光材料研究进展[J]. 郭海,乔艳敏. 浙江师范大学学报(自然科学版). 2007(04)
本文编号：3330656
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
上转换发光的五种机制：(a)激发态吸收上转换(ESA)，(b)能量传递上转换(ETU)，(c)合作敏化上转换(CSU)，(d)交叉弛豫(CR)，(e)光子雪崩(PA)[33]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文8类的高沸点有机溶剂中进行合成反应，并在诸如氩气或氮气这类惰性气体的气氛保护下对反应进行升温，并且排除反应体系中多余的水。Chen等人[64]采用热裂解法合成了粒径约为7~10nm、具有规则形状并且分散性较好的NaYF4:Yb/Tm的稀土掺杂上抓换纳米晶(图1-2)。可以通过在进行反应的过程中添加前驱体，再用一步法对具有核壳结构的上转换纳米晶进行简单的制备合成。使用热裂解法合成的上转化纳米晶形貌均匀，并且尺寸易于调控。图1-2用热裂解法制备的NaYF4:Yb/Tm的TEM图[64]1.4.2溶剂热法溶剂热法是在密闭容器中进行反应的，一般的操作步骤是把制备目标稀土掺杂上转换纳米晶所需要的反应原材料配置成反应溶液，完成混合后反应一段时间再将反应后的溶液转移到清洗干净的反应釜当中，在高温、高压的条件下持续反应一段时间，即可得到相应的反应产物[65,66]。溶剂热法可以制定相应的反应条件并且选择不同的反应溶剂以满足不同上转换材料的反应需求，较为常用的反应溶剂包含有乙醇、水、以及乙二醇等。在此方法中反应溶剂所具备的密度、黏度以及其本身具有的沸点都对所制备上转换纳米材料的性能存在着极大的影响作用，通常在具有高密度、高黏度的溶剂中所制备上转换材料能够很好的控制其粒径的大小以及是否具有良好的分散性。例如Sun等[67]采用溶剂热法，以Re(NO3)3·xH2O，聚乙烯亚胺(PEI)等作为原材料在溶剂乙二醇(EG)中合成制作出了粒径比较均一的NaYF4:Yb/Tm纳米晶。采用溶剂热法所制备出来的产物尺寸不易于调控。该方法制备NaYF4:Yb/Tm纳米晶样品的透射电镜照片见图1-3。
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文9图1-3用溶剂热法制备NaYF4:Yb/Tm纳米晶[67]1.4.3共沉积法共沉淀法在稀土掺杂的上转换纳米晶工业化制备的大规模生产中表现出很大的应用前景，在上转换纳米晶的合成过程中更加环保并且制备方法比较简便。共沉淀法是在稀土盐中如Ln(CH3COO)3或LnCl3的OA/OM和ODE的溶液中加入对应的沉淀剂，然后通过成核与生长的过程，再经过沉淀以及洗涤等步骤制备得到稀土掺杂的上转换纳米晶。Chen等人[68]通过共沉淀法合成了稀土掺杂的上转换纳米晶，并且通过在水中的阳离子进行交换进而实现了Ln3+掺杂的多色纳米晶的制备。然而与其他的制备方法相比较，共沉淀法所制备得到的上转换纳米材料一般表现出不规则的形貌，并且晶体的尺寸较大，约在40nm左右。材料共沉淀法合成的NaYF4:Yb/Er纳米晶见图1-4。图1-4用共沉淀法所做的NaYF4:Yb/Er纳米晶[68]
【参考文献】：
期刊论文
[1]稀土发光材料的研究进展[J]. 洪广言. 人工晶体学报. 2015(10)
[2]镧系掺杂上转换发光纳米材料的研究进展[J]. 赵莲,冯建. 化学与生物工程. 2013(04)
[3]稀土上转换发光材料研究进展[J]. 张晓君. 科技资讯. 2011(27)
[4]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)
[5]稀土纳米上转换发光材料研究进展[J]. 郭海,乔艳敏. 浙江师范大学学报(自然科学版). 2007(04)
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