基于稀土离子掺杂纳米材料的荧光与温度特性研究

发布时间：2017-08-11 05:04

  本文关键词：基于稀土离子掺杂纳米材料的荧光与温度特性研究

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【摘要】：近几年随着科技的进步,稀土离子的上转换发光材料由于其诸多的优异的性能受到人们的广泛关注,成为了国内外研究的热点。稀土离子发光材料在石油化工、荧光检测、三维立体显示和军事国防等领域都有非常重要的的应用价值。温度在人们的日常生活、工业生产中的作用越来越明显,而且温度的检测对生物医疗也有着重要意义,尤其对多种疾病的早期诊断和治疗是至关重要的。而稀土离子发光材料在生物监测和温度检测方面都有着重要的应用。为发展生物荧光温度检测技术,本文选取NaYF4作为一种基质材料,采用溶剂热法制备裸核的NaYF4:Yb3+,Tm 3+的纳米晶、包覆活性壳层NaYF4:Yb3+,Tm3+/NaYbF4和包覆惰性壳层的NaYF4:Yb3+,Tm3+/NaYF4纳米晶。X-射线衍射和透射电镜分析表明制备的样品结构良好且尺寸大小均一、分散性良好。在980nm二极管激光器的激发下,研究了裸核NaYF4:Yb3+,Tm3+纳米晶上转换荧光光谱,分析Tm3+离子掺杂浓度对近红外(695nm和801nm)上转换荧光强度的影响,发现NaYF4:Yb3+,Tm3+纳米晶的荧光强度随着Tm3+离子掺杂浓度先增强后减弱,当Tm3+离子掺杂浓度为0.01mmol时荧光强度最强。测量了裸核NaYF4:Yb3+,Tm3+纳米晶和NaYF4:Yb3+,Tm3+/NaYF4纳米晶的上转换发光光谱和荧光寿命曲线,分析了两种氟化物壳层材料对纳米晶的增强机制的影响,结果表明表面包覆NaYF4的纳米晶的荧光性能更适合生物荧光测温。根据激光的功率与荧光强度的双对数曲线研究NaYF4:Yb3+,Tm3+/NaYF4纳米晶的上转换机制,发现Yb3+离子的合作上转换的过程对Tm3+离子的激发态布局有着重要作用。以Yb3+/Tm3+离子掺杂浓度分别为20%、1%为研究对象,以Tm3+离子的热耦合能级对3F2,3和3H4,分别分析裸核纳米晶和核壳材料纳米晶在温度范围为310K-430K的生物荧光温度特性,得到了非常好的灵敏度,证明其在生物荧光温度检测的应用前景。通过研究NaYF4:Yb3+,Tm3+/NaYF4纳米晶荧光强度测温技术,以NaYF4:Yb3+,Tm3+/NaYF4纳米晶在3H4能级的荧光强度为例分析了在生物荧光温度测量的应用,发现其荧光强度随温度呈线性变化,具有很好的应用前景。
【关键词】：稀土离子 上转换发光 NaYF4 纳米粒子 荧光温度传感
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1;O482.3
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题研究的背景10-11
• 1.1.1 热膨胀式温度传感器10
• 1.1.2 热电阻温度传感器10
• 1.1.3 热电偶温度传感器10-11
• 1.1.4 光学温度传感器11
• 1.2 稀土元素及稀土掺杂上转换发光材料的背景11-13
• 1.3 基质材料介绍13-14
• 1.4 稀土离子掺杂材料在测温方面的研究现状14-15
• 1.5 研究目的及意义15-17
• 1.6 本论文的主要研究工作17-18
• 第2章 稀土掺杂上转换发光及实验18-31
• 2.1 稀土掺杂材料的上转换发光机制18-21
• 2.1.1 激发态吸收（ESA）18
• 2.1.2 能量传递（ET）18-21
• 2.1.3 光子雪崩（PA）21
• 2.2 影响稀土上转换发光的因素21-23
• 2.3 样品的制备23-27
• 2.3.1 样品的制备方法23-24
• 2.3.2 样品的制备流程24-27
• 2.4 样品的表征27-30
• 2.4.1 X射线衍射分析27-28
• 2.4.2 TEM分析28
• 2.4.3 上转换荧光光谱28
• 2.4.4 上转换时间分辨光谱28-29
• 2.4.5 上转换发光功率曲线分析29-30
• 2.4.6 上转换荧光温度谱30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 NaYF_4：Yb~(3+)，Tm~(3+)/NaYF_4上转换发光特性的研究31-43
• 3.1 引言31
• 3.2 核-壳NaYF_4：Yb~(3+)，Tm~(3+)的结构表征31-32
• 3.3 裸核NaYF_4：Yb~(3+)，Tm~(3+)及核壳NaYF_4：Yb~(3+)，Tm~(3+)的形貌表征32-35
• 3.4 Tm~(3+)离子对裸核NaYF_4：Yb~(3+)，Tm~(3+)的荧光光谱影响35-36
• 3.5 核壳材料对核壳结构纳米晶的上转换荧光影响36-37
• 3.6 NaYF_4：Yb~(3+)，Tm~(3+)/NaYF_4纳米晶的荧光增强机制的分析37-39
• 3.7 NaYF_4：Yb~(3+)，Tm~(3+)/NaYF_4纳米晶的上转换机制的分析39-41
• 3.8 本章小结41-43
• 第4章 NaYF_4：Yb~(3+)，Tm~(3+)/NaYF_4荧光温度特性的研究43-55
• 4.1 引言43-44
• 4.2 稀土离子荧光强度比测温原理44-46
• 4.3 裸核NaYF_4：Yb~(3+)，Tm~(3+)纳米晶的基于FIR的荧光温度特性的分析46-49
• 4.4 NaYF_4：Yb~(3+)，Tm~(3+)/NaYF_4纳米晶的基于FIR的荧光温度特性的分析49-52
• 4.5 NaYF_4：Yb~(3+)，，Tm~(3+)/NaYF_4纳米晶的基于荧光强度的荧光温度特性的分析52-53
• 4.6 本章小结53-55
• 结论55-57
• 参考文献57-61
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果61-62
• 致谢62

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