三维光子晶体的光致发光增强性质以及对稀土掺杂无机物的发光调控

发布时间：2017-10-02 17:22

  本文关键词：三维光子晶体的光致发光增强性质以及对稀土掺杂无机物的发光调控

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【摘要】：自1987年Yablonovitch和John分别独立地提出了光子晶体概念以来，，光子晶体进入人们的视野，开始被广泛研究，使得人们精确操控光子的梦想成为可能。所谓光子晶体，就是介电常数在空间呈周期性分布的一种特殊结构。电磁波在光子晶体中传播时，会受到介电常数的周期性调制，使得光子在能量尺度上是不连续的，从而形成光子带隙。处于光子带隙内的光是不允许在光子晶体中传播的。基于光子晶体的特殊性质，在光波导、零阈值激光器、光电路、生物传感等领域有着广泛的应用前景。但是目前仍然存在一些问题：将发光基团与三维光子晶体复合，可以观测到很好的光致发光增强现象，这一现象的机理是什么？我们通过PMMA蛋白石光子晶体对[Ru(dpp)3]Cl2光致发光增强性质的研究明确了增强机理，并且将这种光致发光增强现象应用于氧气传感以及铁离子检测上，取得了很好的结果。另一方面，光子晶体对发光中心的自发辐射速率有一定的调控作用。利用这种调控，我们制备了钒磷酸盐反蛋白石光子晶体白光荧光粉，有效地抑制了非辐射过程，提高了量子效率。光子晶体对上转换发光的调控主要基于大声子能氧化物材料，我们利用溶剂热法成功制备了小声子能的NaYF4反蛋白石光子晶体，并研究了其上转换发光性质。取得的主要成果如下： [1]利用反蛋白石光子晶体对自发辐射的调控以及大孔性质，通过钒磷酸盐基质，Tm、Dy、Eu三掺杂体系，制备了三维反蛋白石光子晶体白光荧光粉。通过带隙调控，可以实现在暖白光和冷白光之间的转换；利用薄壁大孔特性，有效地抑制了发光中心之间的能量传递过程；通过磷元素的掺杂，有效地抑制了钒酸根向缺陷态的能量传递，提高了量子效率。 [2]通过PMMA蛋白石光子晶体对[Ru(dpp)3]Cl2分子光致发光增强性质的研究明确了增强机理：这一明显的增强是由光子晶体结构对激发光的散射、光子晶体结构对发光中心非辐射过程的抑制以及有效折射率对发光中心自发辐射速率的调制共同作用的结果。 [3]将PMMA蛋白石光子晶体的光致发光增强现象应用与氧气传感以及铁离子检测，可以有效地提高灵敏度，降低检测限。在氧气传感中实现了MCF-7细胞的共聚焦成像以及细胞内部的氧气传感；在铁离子检测中实现了多通道检测，并且成功检测了自来水、芹菜以及菠菜中铁离子含量。 [4]利用模板辅助的溶剂热合成法成功制备了小声子能的NaYF4反蛋白石光子晶体。通过Yb、Er/Tm的共掺杂体系，对上转换发光性质进行了系统地研究。结果表明反蛋白石光子晶体结构有利于上转换，尤其是高阶上转换过程的发生。
【关键词】：光子晶体 荧光增强 生物传感 上转换发光 白光荧光粉
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O734
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-35
• 1.1 光子晶体简介11-19
• 1.1.1 光子晶体的分类及制备方法13-14
• 1.1.2 光子晶体的性质14-16
• 1.1.3 光子晶体的应用16-19
• 1.2 稀土发光简介19-25
• 1.2.1 稀土元素19-21
• 1.2.2 稀土掺杂纳米发光材料及应用21-25
• 1.3 论文的研究内容及研究意义25-26
• 参考文献26-35
• 第二章 色度可控的、量子效率显著提高的 YV_(1-x)P_xO_4：Tm，Dy，Eu 反蛋白石白光荧光粉35-51
• 2.1 引言35-36
• 2.2 实验部分36-37
• 2.2.1 实验药品36
• 2.2.2 实验过程36-37
• 2.3 结果与讨论37-46
• 2.3.1 结构表征37-39
• 2.3.2 光子带隙对发光的调控39-41
• 2.3.3 光子晶体对能量传递过程的抑制41-44
• 2.3.4 P 元素掺杂及光子晶体结构对量子效率的调控44-46
• 2.4 本章小结46
• 参考文献46-51
• 第三章 PMMA 蛋白石光子晶体的光致发光增强机理及其在氧气传感和铁离子检测中的应用51-79
• 3.1 前言51-52
• 3.2 实验部分52
• 3.2.1 所用药品52
• 3.2.2 实验过程52
• 3.3 光致发光增强现象及机理探究52-61
• 3.3.1 结构特征52-53
• 3.3.2 [Ru（dpp）_3]Cl_2分子数对比53-55
• 3.3.3 320 倍光致发光增强55-59
• 3.3.4 温度依赖的发光动力学过程59-61
• 3.4 PMMA 蛋白石光子晶体光致发光增强现象在氧气传感中的应用61-65
• 3.5 PMMA 蛋白石光子晶体光致发光增强现象在铁离子检测中的应用65-73
• 3.6 本章小结73-74
• 参考文献74-79
• 第四章 模板辅助的溶剂热法制备 NaYF_4反蛋白石光子晶体及其上转换发光性质79-99
• 4.1 前言79-80
• 4.2 实验部分80-81
• 4.2.1 实验药品80
• 4.2.2 实验过程80-81
• 4.3 结果与讨论81-93
• 4.3.1 结构特征81-83
• 4.3.2 反应时间、PH 值以及温度的影响83-84
• 4.3.3 显著提高的上转换发光84-89
• 4.3.4 上转换发光动力学过程89-91
• 4.3.5 NaYF_4：Yb~(3+)，Tm~(3+)/TiO_2复合材料的红外光电响应91-93
• 4.4 本章小结93
• 参考文献93-99
• 第五章 结论与展望99-101
• 5.1 结论99
• 5.2 展望99-101
• 作者简介及攻读博士期间发表的论文101-103
• 致谢103

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 李夏;薛唯;蒋玉蓉;喻志农;;光子晶体的制备方法及其应用[J];光学技术;2006年06期

2 周倩,董鹏,程丙英;大尺寸SiO_2胶体颗粒的重力沉降自组装研究[J];物理学报;2004年11期

3 徐少辉,丁训民,资剑,侯晓远;电子体系与光子体系[J];物理;2002年09期

本文编号：960875