光子晶体及金属银纳米颗粒增强稀土掺杂NaYF_4纳米颗粒上转换发光性质研究

发布时间：2017-03-30 00:17

  本文关键词：光子晶体及金属银纳米颗粒增强稀土掺杂NaYF_4纳米颗粒上转换发光性质研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,三价稀土离子掺杂的上转换纳米颗粒由于其在生物疗法、光学成像探测、固态激光以及光催化作用等多个领域的巨大潜在应用,引起了人们极大的关注。然而,由于稀土离子f-f禁戒跃迁导致吸收截面非常小,使得纳米颗粒上转换发射强度较弱从而限制了它的应用。最近,已经有多种方法被用来增强上转换发光强度,如选择低声子能量基质、合成核／壳结构、通过能量传递以及金属纳米颗粒等离子体增强等方法。尽管在改善稀土离子掺杂纳米颗粒的上转换发光性质方面取得了一定的进展,但增强纳米材料上转换发光仍然是一个具有挑战性的课题。本论文通过利用光子晶体表面效应以及其与金属Ag纳米颗粒的表面等离子相结合的耦合效应,增强稀土掺杂的NaYF4纳米颗粒的上转换发光,并对其发光机理进行了系统的研究。实验采用水热法制备了Er3+/Yb3+, Tm3+/Yb3+以及Yb3+, Er3+, Tm3+掺杂NaYF4纳米上转换发光颗粒,研究了蛋白石光子晶体表面效应对三种NaYF4纳米颗粒上转换发光的影响。研究表明,当蛋白石光子晶体的光子带隙位置与颗粒上转换发射光波长重叠时,上转换纳米颗粒的上转换发光得到显著的增强,当光子带隙位置不与纳米颗粒发射光波长重叠时,光子晶体表面对纳米颗粒上转换发光没有影响。研究中,我们还通过改变测试路径,有效的利用光子晶体表面效应,平衡三基色的相对强度,实现了NaYF4:Yb3+, Er3+, Tm3+纳米颗粒的白光发射。并研究了反蛋白石光子晶体表面效应对NaYF4:Er3+,Yb3+纳米颗粒上转换发光的调控作用。具有不同光子带隙的反蛋白石光子晶体利用其表面对光的布拉格反射作用,当纳米颗粒的发射波长与光子带隙位置重叠时选择性增强纳米颗粒上转换发光。此外,我们还研究了不同带隙的蛋白石表面效应、蛋白石/Ag复合材料表面耦合效应对NaYF4:Yb3+/Er3+纳米颗粒上转换发光的增强效果。研究表明金属Ag纳米颗粒的表面等离子体效应能与光子晶体的光子带隙表面效应产生耦合作用,有效的增强NaYF4:Yb3+/Er3+纳米颗粒的上转换发光。同时,当激发光波长与光子带隙位置重叠时,由于激发场增强效应,NaYF4:Yb3+/Er3+纳米颗粒的上转换发光增强效果明显。
【关键词】：光子晶体 表面等离子体 纳米颗粒 上转换发射
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O734;TB383.1
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-15
• 第一章 绪论15-37
• 1.1 研究背景15-16
• 1.2 稀土掺杂纳米上转换发光材料16-28
• 1.2.1 稀土掺杂纳米上转换发光材料简介16-17
• 1.2.2 稀土上转换材料发光机理17-20
• 1.2.3 稀土纳米上转换发光材料的合成方法20-23
• 1.2.4 纳米上转换发光材料的应用23-28
• 1.3 纳米上转换发光材料实际应用中存在的问题及已提出的解决方法28-30
• 1.3.1 通过光子晶体带边效应增强上转换发光28
• 1.3.2 通过稀土离子间能量转递增强上转换发光28-29
• 1.3.3 通过金属表面等离子体增强上转换发光29-30
• 1.3.4 通过选择具有低声子能量的基质增强上转换发光30
• 1.4 光子晶体30-33
• 1.4.1 光子晶体简介30-31
• 1.4.2 光子晶体的主要特征31-32
• 1.4.3 光子晶体的应用32-33
• 1.5 银纳米颗粒33-34
• 1.5.1 表面等离子体33-34
• 1.6 本论文提出的解决纳米上转换发光材料发光弱的方法34
• 1.6.1 通过光子晶体增强上转换发光34
• 1.6.2 通过光子晶体以及金属表面等离子体耦合效应增强上转换发光34
• 1.7 课题的研究现状及论文的主要内容34-37
• 第二章 实验方法37-45
• 2.1 实验设备、实验试剂及原料37-38
• 2.1.1 实验设备37-38
• 2.1.2 实验试剂及原料38
• 2.2 样品的制备38-42
• 2.2.1 模版的制备38-41
• 2.2.2 稀土掺杂纳米颗粒的制备41-42
• 2.3 实验样品性能表征42-45
• 2.3.1 扫描电镜42
• 2.3.2 透射电镜(TEM)42
• 2.3.3 物相分析42-43
• 2.3.4 透射光谱43
• 2.3.5 荧光光谱仪43-45
• 第三章 蛋白石光子晶体表面效应增强Er~(3+)/Yb~(3+),Tm~(3+)/Yb~(3+)掺杂NaYF_4纳米颗粒的上转换发光性质研究45-57
• 3.1 引言45-46
• 3.2 蛋白石光子晶体表面效应增强Er~(3+)/Yb~(3+),Tm~(3+)/Yb~(3+)掺杂NaYF_4纳米颗粒上转换发光46-55
• 3.2.1 物相分析46-47
• 3.2.2 形貌表征47-48
• 3.2.3 光子晶体微观结构分析48
• 3.2.4 光子带隙性质分析48-50
• 3.2.5 上转换发光光谱分析50-51
• 3.2.6 上转换发光机理分析51-53
• 3.2.7 上转换发光增强原理分析53-55
• 3.3 本章总结55-57
• 第四章 蛋白石光子晶体表面效应对Yb~(3+),Er~(3+),Tm~(3+)三掺NaYF_4纳米颗粒上转换白光发射的调控研究57-67
• 4.1 引言57
• 4.2 蛋白石光子晶体表面效应调控Yb~(3+),Er~(3+),Tm~(3+)三掺NaYF_4纳米颗粒上转换白光发射57-65
• 4.2.1 测试光路图分析57-58
• 4.2.2 物相分析58-59
• 4.2.3 微观结构59-60
• 4.2.4 光子带隙性质分析60
• 4.2.5 NaYF_4：Yb~(3+),Er~(3+),Tm~(3+)上转换发光性质分析60-61
• 4.2.6 上转换发光调控示意图61-63
• 4.2.7 上转换发光机理分析63-64
• 4.2.8 色坐标计算64-65
• 4.3 本章小结65-67
• 第五章 反蛋白石光子晶体表面效应增强Er~(+)/Yb~(3+)掺杂NaYF_4纳米上转换颗粒发光性质研究67-75
• 5.1 引言67
• 5.2 反蛋白石光子晶体表面效应对Er~(+)/Yb~(3+)掺杂NaYF_4颗粒上转换发光性质的影响研究67-73
• 5.2.1 物相分析67-68
• 5.2.2 形貌表征68-69
• 5.2.3 蛋白石光子晶体的微观结构分析69-70
• 5.2.4 光子带隙性质分析70-71
• 5.2.5 上转换发光光谱分析71-73
• 5.3 本章总结73-75
• 第六章 蛋白石光子晶体与银纳米颗粒耦合作用增强Er~(3+)/Yb~(3+)掺杂NaYF_4纳米颗粒上转换发光75-87
• 6.1 引言75
• 6.2 蛋白石/Ag复合结构对Er~(+)/Yb~(3+)掺杂NaYF_4纳米颗粒上转换发光性质的影响研究75-86
• 6.2.1 制备方法示意图75-76
• 6.2.2 形貌表征76-77
• 6.2.3 物相分析77
• 6.2.4 微观结构77-78
• 6.2.5 Ag纳米颗粒存在形式78-79
• 6.2.6 光子带隙性质分析79-80
• 6.2.7 上转换发光性质分析80-81
• 6.2.8 上转换发光增强系数81-83
• 6.2.9 上转换发光机理分析83-85
• 6.2.10 光子带隙性质分析85-86
• 6.3 本章小结86-87
• 第七章 总结87-89
• 7.1 结论87-88
• 7.2 实验中存在的不足及今后的研究方向88-89
• 致谢89-91
• 参考文献91-102
• 附录A：攻读硕士学位期间发表论文、专利及参与项目102-104

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 刘凯,陈晓波;频率上转换三维立体显示模型与计算机模拟[J];北京师范大学学报(自然科学版);2001年05期

2 陈志钢;宋岳林;田启威;胡俊青;李富友;;稀土上转换发光纳米材料的研究进展[J];现代化工;2010年07期

3 杨魁胜;郑芳;乌日娜;李含升;张希艳;;Upconversion Luminescent Properties of YVO_4:Yb~(3+),Er~(3+) Nano-Powder by Sol-Gel Method[J];Journal of Rare Earths;2006年S1期

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本文编号：275776