Cr3+ 掺杂近红外荧光材料的研究进展

近红外光谱检测技术具有非侵入性、便携性、响应速度快、效率高等特点,在食品分析、医学监测、虹膜识别和红外成像等领域具有广阔的应用前景。然而,近红外荧光材料面临发射谱带窄、热稳定性差的问题,极大制约了近红外器件的发展。为此,蓝光激发Cr3+掺杂的近红外发光材料在众多方案中优势显著。本综述总结了近年来Cr3+掺杂的宽带近红外荧光材料的最新研究成果,分析了Cr3+掺杂的近红外荧光材料量子效率、发射谱带、电声耦合效应和NIR pc-LED器件的封装,并阐述了Cr3+离子格位占据、敏化发光、发射谱带和热稳定性调控策略。最后,对高效宽光谱发射近红外发光材料的应用前景进行了展望。     

具有聚集诱导发光性质的近红外荧光染料

聚集诱导发光(AIE)现象的发现为解决传统有机荧光分子在高浓度和聚集形态下存在的荧光猝灭问题提供了最佳方案,并实现了在光电器件、化学传感、生物成像和靶向治疗等众多领域的广泛应用。随着对AIE发光机理研究的不断深入,AIE分子体系得到了极大的扩展。其中,一类具有给体-受体结构的AIE分子能够显著降低分子能隙,使发光分子波长从可见光区(400~700 nm)延伸到近红外(NIR)区(700~1700 nm)。由于NIR发光分子在生物医学领域中的独特优势,其已成为目前AIE研究的热点。随着对NIR分子设计及应用的不断探索,附加不同功能且发光波长更长的AIE分子也被开发出来了,并实现了对生物体特定组织的NIR荧光成像、光声成像、光动力治疗和光热治疗等。本文总结了近年来具有AIE性能的NIR荧光分子的结构及其在生物医学领域的相关应用。     

Sr_2CeO_4:Nd~(3+)纳米粒子的合成和近红外发光

采用甘氨酸-硝酸盐燃烧法制备了Sr2CeO4和Sr2CeO4:Nd3+发光纳米粒子。样品的结构及性质采用XRD,TEM,荧光光谱及荧光衰减曲线等进行表征。在1200℃煅烧1h能够得到均匀的类球形Sr2CeO4:Nd3+纳米粒子,其粒径大小为20~40nm,并具有良好的分散性和高效的近红外发光特性。Nd3+合适掺杂浓度为0.15%(摩尔分数)。对Sr2CeO4:Nd3+近红外发光的机制分析表明:通过基质Sr2CeO4吸收紫外光,基团CeO4发生了电荷转移达到激发态,并将激发态能量传递给了Nd3+,从而使Sr2CeO4:Nd3+产生了特征的近红外发射。     

近红外量子剪裁研究进展

目前,发光材料在信息、显示、照明、国防等领域得到了极其广泛的应用．随着人们对发光和发光材料基本科学问题的认识及其广阔而不可替代的应用前景的驱动,发光和发光材料领域在过去100年间迅速发展．量子效率大于1的发光及光功能材料有望在高效发光、等离子体平板显示、高效光纤激光器、高效太阳能光电池等领域得到广泛应用．深入研究光子材料的激发与发光、能量传递与转换、敏化发光与光放大等物理和光学基本科学问题,不但有益于揭示光子材料的一些新现象、新规律,而且将为光子材料与器件的设计与研制奠定理论和方法基础．本文概述了近红外量子剪裁的发展及其材料和相关机理的最近研究进展,主要包括稀土离子单掺体系双光子和三光子级联发射近红外量子剪裁、稀土离子对共掺体系近红外量子剪裁下转换．此外,本文还讨论了量子剪裁及其材料体系的应用、面临的挑战和未来的发展方向．     

一种基于最小二乘支持向量机算法的近红外光谱判别分析方法

将最小二乘支持向量机(LSSVM)用于近红外(NIR)光谱分析,建立一种新型的NIR光谱快速鉴别方法。以丹参药材道地性鉴别为例,对其NIR漫反射光谱进行主成分分析后,运用LSSVM法建立NIR光谱非线性分类模型,对丹参药材道地性进行快速鉴别。将本方法与经典SVM和BP神经网络法相比较,结果表明,本法判别准确率高,计算时间少,可推广应用于中药等天然产物质量快速鉴别。     

泡沫塑料包覆SrAl2O4:Eu2+, Dy3+长余辉材料的耐水性能

利用废弃聚苯乙烯泡沫塑料作为包覆材料,采用简单的物理包覆技术对SrAl2O4∶Eu2+,Dy3+长余辉发光材料进行表面包覆。 X射线粉末衍射、傅里叶红外光谱、激发发射光谱、热重分析、透射电子显微镜观察和耐水性能测试等实验结果表明,包覆层薄,厚度为5~10 nm,聚苯乙烯泡沫塑料的包覆质量分数为4.9%,包覆没有改变材料的内部结构,对材料的发光性能影响较小。 包覆能有效改善材料的防水性能,经过15 h浸水后,材料初始发光强度依然达到5.02 cd/m2,余辉时间达到10 h以上。     

水热合成稀土氟化物材料KZnF3∶Er, Yb的上转换发光特性

水热法合成了掺杂Er3+和Yb3+的 KZnF3材料, 研究了Er3+和Yb3+在这种基质材料中的吸收和在980 nm红外光激发下的上转换发光, 对比了不同Yb3+浓度(0%～4%)下的上转换发光特性.实验发现, 在同种材料中, Er3+的红光发光强度要明显强于绿光, 而且掺Yb3+后红光和绿光的光强比不掺Yb3+时都有了很明显地增强.当Yb3+浓度为2%时上转换发光光强达到最强, 大于2%后发光开始减弱.通过分析输出光强与泵浦光强的双对数曲线, 发现Er3+的红光和绿光的发射均属于双光子过程, 最后分析了红光和绿光上转换发光的具体过程和转换通道.     

近红外发光稀土配合物及杂化材料研究进展

稀土因其特殊的物理和化学性质,在信息技术、能源技术、生物技术等高科技领域及国防建设等方面都起着非常重要的作用,中国作为稀土大国,十分重视对稀土材料的研究和开发。稀土离子近红外发光(750～1700 nm)在激光和光纤通讯、医学诊断、免疫分析等热门领域的潜在应用,受到了科研人员的极大关注。稀土离子本身发光极弱,通过分子内传能有机配体可以敏化稀土离子发光,但稀土配合物常受外界干扰,其稳定性较差,若将其与凝胶、介孔材料、离子液体等无机基质复合,得到具有良好光、热稳定性和化学稳定性的有机/无机杂化材料。总结了近些年来近红外发光稀土配合物及近红外发光稀土杂化材料的研究进展,并对其发展前景进行了展望。     

掺Eu的SiO2-B2O3体系和SiO2-B2O3-Na2O体系的结构及Eu3+的发光性质

采用溶胶-凝胶技术制备了掺Eu3+的以SiO2-B2O3和SiO2-B2O3-Na2O为基质的玻璃态发光材料. 通过激发光谱、发射光谱研究了Eu3+的发光性质, 通过红外光谱、 TEM 、 XRT进一步研究了基质结构变化对发光性能的影响. 结果显示 材料经 600 ℃退火处理后, 结构已十分稳定. 在588 nm和613 nm处显示弱的Eu3+的特征发射光谱, 对应于Eu3+的5D0-7Fj(j=1,2)跃迁. 以SiO2-B2O3为基质的玻璃材料的红外光谱显示形成了Si-O-B键. 该结构对Eu3+的发光有严重的淬灭作用, 使Eu3+的发光强度大大减弱. 以SiO2-B2O3-Na2O为基质的玻璃材料显示Eu3+的发光增强, 红外光谱显示不存在Si-O-B键的振动吸收. 可能是Na取代B的位置, 形成了Si-O-Na键. 此结构对Eu3+的发光有一定增加作用.     

近红外稀土荧光在功能材料领域的研究进展

稀土近红外荧光材料具有特征发射峰尖锐、光稳定性好和毒性低等特点。近年来,稀土近红外荧光材料在光纤通讯、激光系统、生物分析传感器及生物成像等方面的应用价值日渐突显,引起了研究者们的极大关注。特别是稀土近红外荧光材料已发展成一种新兴的荧光标记材料,并有希望替代有机染料和量子点应用于生物分析和医学成像。基于稀土近红外发光的荧光探针具有低自荧光背景、宽斯托克斯位移、强抑制光漂白、深层穿透组织和短暂分辨的优势,有潜力成为高灵敏度、高选择性的检测手段。利用稀土离子制备的各种荧光材料,如上转换纳米晶、介孔材料、脂基胶体、离子液体、离子胶体、金属有机框架等,由于荧光敏化机理不同,其近红外荧光性能也各有千秋。然而,稀土近红外荧光的真正挑战仍是提高近红外发光的量子效率。本文结合近红外荧光领域的最新进展,综述了不同的稀土近红外荧光设计思路,介绍了各种近红外稀土荧光功能材料,阐述了稀土离子在近红外荧光功能材料中的优势,并展望了稀土近红外荧光材料的发展前景。     

近红外光谱在蛋白质和含酰胺基团聚合物研究中的应用*

近红外光谱(near-infrared spectroscopy,NIR)是一种常用的无损表征手段,但谱带强度弱、交叠情况严重等缺点局限了它的应用范围。本文介绍了几种常见的改善近红外光谱技术不足的方法,如二阶导数法、二维相关光谱法和化学计量法等,并举例阐述了近红外光谱在蛋白质和含酰胺基团聚合物的结构和含量等方面的应用。这些方法对近红外光谱的定性定量分析起了很好的辅助作用,有效地拓宽了近红外光谱技术的应用领域。     

发光材料BaFBr:Eu的穆斯堡尔谱研究

首次应用穆斯堡尔谱对光激励发光材料BaFBr:Eu进行了研究．穆斯堡尔谱的研究结果印证了光谱学研究得出的结论，即在BaFBr:Eu中, Eu~(2+)，的发光强度远高于Eu~(3+)的发光强度，Eu~(3+)对Eu~(2+)的发光有增强作用．穆斯堡尔谱的研究还为声子对发光中心的影响提供了有用的信息．这些结果对于发光机制的认识是很有帮助的．     

β-Ga_2O_3∶Cr~(3+)近红外长余辉纳米颗粒的制备及发光性能

以三乙二醇为表面配体,利用沉淀法制备了β-Ga_2O_3∶Cr~(3+)近红外(NIR)长余辉纳米颗粒.考察了反应条件对β-Ga_2O_3∶Cr~(3+)的发光性能和晶体结构的影响,并初步探讨了其NIR余辉发光机理.结果表明,当溶液的p H值为7,煅烧温度为700℃时,可获得高纯度的β-Ga_2O_3∶Cr~(3+)纳米颗粒,其平均粒径为30 nm,最大余辉发射波长可调控为750 nm,NIR余辉发光时间长于384 h.本方法得到的β-Ga_2O_3∶Cr~(3+)长余辉纳米颗粒不仅尺寸小,而且NIR余辉时间长,发射波长可调控,在低背景噪音的深组织活体成像中具有潜在的应用前景.     

α(β)-四苯氧基酞菁锌的合成、表征和电致发光性能

以3(4)-硝基邻苯二腈和苯酚为原料,经过两步反应合成了α(β)-四苯氧基酞菁锌,通过红外光谱、紫外光谱、核磁共振谱、质谱和元素分析表征了其结构,比较研究其光谱性质。 并以旋涂发光层的方法制备了电致发光器件,研究其电致发光性质。 固态酞菁材料的光致发光波长红移到866~930 nm范围内的近红外波段,β-位取代酞菁发光波长红移的程度比α-位取代酞菁大。 2种器件电致发光波长和酞菁固体材料的光致发光波长较接近,分别在880和885 nm处。     

稀土上转换发光纳米材料的防伪安全应用

与有机荧光染料、量子点等传统发光材料相比,稀土上转换发光纳米材料(UCNPs)具有反斯托克斯位移大、发光谱带多且狭窄、荧光寿命长、光化稳定性高、无光闪烁和光漂白等独特优势,将其与图形编码、防伪印刷技术结合可获得难以仿冒的隐形荧光图案,这已经成为防伪安全领域的应用研究热点。本文首先介绍了UCNPs的上转换发光机理及其合成方法,然后阐述近年来UCNPs在防伪安全领域的研究现状,归纳总结出上转换防伪安全图案的四种形式(NIR单波长激发、NIR双波长激发、NIR/UV双波长激发以及三波长激发)。最后,本文指出UCNPs应用于防伪安全领域所面临的问题与挑战,并对未来的发展方向进行了展望。     

稀土氟氧化物的多形性与上转换发光研究进展

稀土上转换发光材料具有低荧光背底,窄发射带宽,涵盖紫外、可见和近红外波段的发射波长等特点;在固体激光器、温度传感、光催化、生物标记等领域展现出广阔的应用前景。寻找优秀的基质材料是稀土上转换材料研究的重要方向。稀土氟氧化物兼具低声子能量和高稳定性的优点,结构的多形性为上转换发光性能带来丰富的变化,为研究晶体结构与发光性质之间的关系提供了素材。此外,日益发展的纳米材料制备技术使得稀土氟氧化物在尺寸、形貌、表面修饰和复合结构等方面获得不断改进,直接推动了稀土氟氧化物的应用研究。对稀土氟氧化物作为上转换基质材料的研究进展进行总结,并从晶体结构、材料制备和上转换发光性质的应用研究角度进行综述和展望,希望能为更进一步的研究提供有益参考。     

共掺Tm~(3+)离子对CaAlSiN_3∶Eu~(2+)红色荧光粉发光性能的影响

通过高温固相法,合成了Eu~(2+)单掺和Eu~(2+)、Tm~(3+)共掺CaAlSiN_3荧光粉。结合荧光光谱、余辉发射光谱和余辉衰减曲线及热释发光等测试手段对其进行了表征分析。结果表明,CaAlSiN_3∶Eu~(2+)具有主峰位于630 nm的明显的红色长余辉发光;共掺杂Tm~(3+)离子的引入,产生了654和800 nm的荧光和余辉,同时,Tm~(3+)的共掺,使CaAlSiN_3∶0.1%Eu~(2+),Tm~(3+)样品位于89.0℃热释光峰位消失,表明Tm~(3+)共掺杂改变了CaAlSiN_3∶Eu~(2+)荧光粉中的陷阱能级及其分布,从而减弱了CaAlSiN_3∶Eu~(2+)的630 nm红色可见光部分余辉发光性能。     

刺五加注射液近红外含量预测模型谱段选择规律和消除溶剂干扰方法的探讨

目前中药制剂生产过程中缺乏全过程参数检测和质量控制技术手段,不同生产批次药品化学成分差异较大、质量不够稳定、临床使用疗效和安全性不理想,因此,建立其完善的质量评价体系及其准确快速的质量评价方法,成为中药质量控制的重中之重.通过对刺五加注射液近红外(near infrared,NIR)含量预测模型的谱段选择规律和消除溶剂干扰方法的探讨,发现采用表征混合物结构差异的结构相关谱段结合含量相关谱段作为NIR组分预测模型谱段,用基于水为参比光谱的样本光谱建立含量预测模型,并利用水作为参比光谱识别和提取待分析组分的光谱信息,可以得到较理想的NIR含量预测结果.通过对刺五加注射液中绿原酸、紫丁香苷和刺五加苷E组分的近红外光谱结构相关谱段和含量相关谱段的归属,分别建立了绿原酸、紫丁香苷和刺五加苷E组分的含量预测模型,可用于快速分析刺五加注射液中不同组分的含量.     

铒离子掺杂的含LaF3纳晶氟氧化物玻璃陶瓷的制备及其发光性能

主要研究了热处理制度对掺杂Er^3＋离子的含有LaF3纳米晶体的氟氧化物玻璃陶瓷的上转换发光和近红外发光性质的影响。制备了ErF3掺杂的SiO2-Al2O3-Na2O-LaF3系统玻璃，将其在不同温度下处理不同的时间，测试其上转换和近红外的发光行为的变化，并相应进行了XRD测试，基于XRD数据计算了晶粒大小和结晶度，考察了热处理制度对该材料微观结构及发光性能的影响。结果表明：在一定的温度下保温，LaF3晶体从玻璃基体中析出，并且随着热处理温度的升高和时间的延长，晶粒不断长大，结晶度持续增加，因为上转换的发光与基质的声子环境密切相关，所以随着氟化物晶体的增多，相应的玻璃陶瓷的上转换发光的强度也增大，而在氟氧化物玻璃中检测不到上转换发光。但是，对于近红外1530nm处的铒离子发光，氟化物晶体的析出对于其发光性质并没有太大的影响。     

泡沫塑料包覆SrAl2O4:Eu2+,Dy3+长余辉材料的耐水性能

利用废弃聚苯乙烯泡沫塑料作为包覆材料,采用简单的物理包覆技术对SrAl2O4:Eu2+,Dy3+长余辉发光材料进行表面包覆.X射线粉末衍射、傅里叶红外光谱、激发发射光谱、热重分析、透射电子显微镜观察和耐水性能测试等实验结果表明,包覆层薄,厚度为5 ～10 nm,聚苯乙烯泡沫塑料的包覆质量分数为4.9％,包覆没有改变材料的内部结构,对材料的发光性能影响较小.包覆能有效改善材料的防水性能,经过15 h浸水后,材料初始发光强度依然达到5.02 cd/m2,余辉时间达到10 h以上.