单掺杂和共掺杂氟化物纳米晶体的发光特性

基质结构的变化为掺杂稀土发光离子提供了不同的局域环境,从而为改变和影响掺杂离子的光发射性质提供了条件。本文采用激光光谱学的方法从实验上研究了基质变化对氟化物纳米晶体中的掺杂稀土Eu3+和Pr3+的光发射性质的影响规律,以及同一基质中单掺杂和共掺杂稀土离子的光发射特性。结果发现:可通过变换基质和离子共掺杂来实现荧光谱线强度和色纯度的改进。依据掺杂离子的能级结构以及纳米晶体基质的对称性变化等因素,对所观测到的实验现象进行了分析讨论。     

LaF3∶Ce3+纳米晶的制备及荧光性质

采用水热法制备了掺杂Ce3+的LaF3的纳米粒子,分别用X射线粉末衍射(XRD)和荧光光谱(PL)对样品的结构和性质进行了表征.XRD的结果表明:LaF3∶Ce3+纳米晶标准卡为JCPDS 73-2192,且颗粒平均尺寸为18.7nm,掺入Ce3+杂质后晶格结构没有变化.荧光光谱结果表明:Ce3+呈现其宽带发射,激发峰在245nm处,发射峰在444nm处,随着Ce3+的摩尔浓度比的增加,样品的荧光强度先增大后减小,且Ce3+的掺杂量为4％(摩尔比)时,纳米粒子的荧光强度最强,但更高的掺杂浓度将导致荧光猝灭.     

具有超顺磁和可见/近红外发光性质的双功能介孔磁/光纳米复合材料

合成了两种双功能介孔磁/光纳米复合材料。磁性Fe3O4纳米粒子作为核被包覆于介孔二氧化硅纳米球中,稀土铽和铒配合物分别通过硅烷化的配体PABA-Si和phen-Si共价嫁接于介孔球的网络中。研究了所制备的双功能纳米复合材料的结构、磁性、荧光发射性质,结果表明,双功能纳米复合材料具有介孔结构、超顺磁特性和相应稀土配合物的特征荧光发射性质。     

纳米晶体中稀土离子的发光性质及其变化机理研究

近年来, 纳米晶体中稀土离子发光性质的研究越来越受到人们的广泛关注, 这是因为纳米稀土发光材料在发光、高清显示、光电子纳米器件、生物荧光标记、激光和闪烁体等众多领域有着重要的应用前景。本项目采用软化学合成方法如水热法、溶胶-凝胶法等, 通过合成工艺的调控, 设计并合成出一系列不同颗粒尺寸、分散均匀、形貌可控的稀土离子掺杂氧化物(氟化物)微/纳米晶体, 利用激发、发射、漫反射以及高分辨激光光谱等光谱分析手段对其发光性质进行研究, 弄清影响发光行为的本质原因。同时, 结合光谱实验数据, 利用密度泛函理论和复杂晶体化学键介电理论方法进行理论计算, 成功解释了光谱变化规律和不同稀土离子间能量传递机理, 为相关稀土光谱研究奠定了理论和实验基础。     

TiO2纳米颗粒对染料掺杂聚合物分散液晶的随机激光辐射特性的影响

随机激光的阈值与体系内的散射强度存在密切关系。高折射率二氧化钛(TiO_2)纳米颗粒与染料掺杂聚合物分散液晶(DDPDLC)均匀混合后,由于液晶微滴与TiO_2纳米颗粒之间的强散射作用,DDPPLC的随机激光具有更低的激光发射阈值,并且随TiO_2纳米颗粒的掺杂浓度而变化;在优化TiO_2纳米颗粒掺杂浓度的基础上,DDPDLC的发射阈值为270μJ/cm~2,线宽下降至0.08nm;温度实验证明了PDLC结构的散射是产生随机激光的主要工作机制,在TiO_2纳米颗粒掺杂后,DDPDLC样品依然保证了良好的可调性。     

银纳米颗粒对掺铒铋酸盐玻璃光谱性质的影响

采用传统熔融淬火技术制备了一系列Er3+离子掺杂复合银纳米颗粒的铋酸盐玻璃样品.研究了纳米银含量的改变对Er3+离子荧光发射特性的影响.研究发现,铒在1.53 μm处的荧光强度在银纳米颗粒质量分数为0.2%处取得最大值,为未掺杂银纳米颗粒时的4.6倍.其荧光增强的原因归结于银纳米颗粒表面等离子体共振导致局域场增强和Ag...     

稀土纳米发光材料研究进展

稀土纳米发光材料明显不同于体相发光材料的特性已经成为近年来的热点研究课题,为了更好地探索其特性,综述了稀土纳米发光材料的研究进展,特别是掺杂Eu³⁺和Tb³⁺离子的稀土纳米发光材料。首先,归纳总结了稀土纳米发光粒子不同于体相材料的光谱特性,如电荷迁移带的红移、发射峰谱线的宽化、猝灭浓度的升高、荧光寿命和量子效率的改变等等;其次,概述了一维稀土纳米发光材料的制备与光谱性质,介绍了二维稀土纳米发光薄膜的图案化和介孔模板组装;最后,对其未来的发展趋势进行了展望。     

利用核壳结构实现纳米颗粒的多色上转换发光

将多色荧光标记技术应用于生物信息检测可实现快速、实时、同步大规模检测目标生物分子的目的,利用上转换纳米粒子作为多色荧光探针可有效地避免生物组织自荧光对检测信号的影响。本文制备了具有核-壳结构的稀土氟化物纳米粒子,并通过在核与壳不同位置共掺杂不同浓度的敏化离子和发光离子来改变发光离子各发射峰之间的相对强度。利用不同颜色和强度的发射光谱实现了纳米粒子的多色上转换发光。利用透射电子显微镜成像、X射线衍射分析、发光光谱等测量手段对多色上转换发光纳米粒子进行了形貌、结构和上转换发光性质的表征。实验结果表明,具有核-壳结构的纳米粒子尺寸小于30 nm,呈球形。在980 nm红外光激发下,纳米粒子呈现从红色到蓝紫色的颜色可变的上转换发光。     

稀土掺杂氧化物纳米发光材料研究

综述了稀土掺杂纳米发光材料方面的研究进展;主要介绍稀土掺杂氧化物纳米晶与体相材料相比所具有的一些特有的光谱学性质,包括光谱的移动与谱线的展宽、4fN电子的跃迁与弛豫过程、表面局域环境和格位对称性、电子-声子耦合、能量传递、浓度猝灭、温度猝灭以及光诱导发光强度变化等光谱现象,同时也探寻了其中的物理实质。主要对上转换纳米发光材料和一维纳米线/管的发光性质进行了介绍。     

电化学刻蚀制备的荧光碳纳米颗粒

以纯石墨作电极、乙二胺四乙酸二钠溶液作电解液制备了具有荧光性质的碳纳米颗粒。利用紫外-可见分光光度计和荧光分光光度计分析了碳纳米颗粒的光吸收和荧光发射特征,利用透射电镜和电子能谱分析了碳纳米颗粒的尺寸、晶体状态和成分。结果表明,碳纳米颗粒仅有几纳米,呈分散状态;在325 nm附近具有强的光吸收并表现出强的蓝光发射特征。研究了电解质溶液的种类、浓度等对碳纳米颗粒荧光发射的影响,讨论了碳纳米颗粒的荧光发射机理。     

2-磺酸对苯二甲酸铕配合物的发光性质及对苯甲醛的检测

水热法合成了新的配位聚合物,[Eu(2-stp)(2,2’-bipy)(H₂O)]·H₂O (2-stp=2-磺酸对苯二甲酸根,2,2’-bipy=2,2’-联吡啶）。通过X-射线单晶衍射确定了该配合物的晶体结构。该配合物为一维平行双链结构。Eu3+与2-磺酸对苯二甲酸根的六个氧原子,2,2’-联吡啶的两个氮原子和一个水分子配位。对该配合物进行了荧光性质的研究,发射光谱中出现了Eu3+的五个特征峰,分别位于581,594,619,654和698 nm,对应于Eu3+的5D₀→7F_J (J=0～4)跃迁。位于619 nm的最强发射峰是由5D₀→7F₂跃迁产生的。不同有机溶剂对该配合物荧光强度有不同程度的影响,苯甲醛对该配合物具有显著的荧光猝灭效应,故该配合物可作为苯甲醛的荧光感应探针。     

化学共沉淀法制备的(Y1-x-y,Gdy)2O3∶xEu3+红色荧光粉及其发光性能

用化学共沉淀法一次煅烧工艺合成了 (Y_1-x-y,Gd_y)₂O₃∶xEu³⁺(x=0.06~0.10,y=0,0.20~0.25)系列红色荧光粉。用XRD、SEM和荧光分光光度计,对试样的晶体结构、表面形貌及发光性能进行表征。研究了Eu³⁺、Gd³⁺的掺杂浓度、表面活性剂的加入、煅烧温度对样品性能的影响。结果表明:样品为立方晶系;Gd³⁺的加入会使基体晶格发生畸变,晶胞参数增加,起到改善样品色纯度和发光效率的作用;最佳煅烧温度为900 ℃,比传统的高温固相法低500 ℃左右;所合成荧光粉的粒度主要分布在300~400 nm,结构比较松散;当x=0.08,y=0.23时,最大发射峰(λ_em=613 nm)强度最大。所合成的(Y_1-x-y,Gd_y)₂O₃∶xEu³⁺荧光粉是一种性能较好的PDP用红色荧光粉。     

648nm激光雪崩抽运掺Tm晶体的本征光学双稳特性研究

理论研究了648nm激光雪崩抽运掺Tm晶体的本征光学双稳态.根据系统的非线性速率方程理论,推导出了稳态近似下雪崩阈值的解析表达式,数值研究了光子雪崩动力学响应、本征光学双稳性以及系统参数对光学双稳态的影响等.研究结果表明,648nm激光抽运下可以观察到掺Tm激光晶体的2μm荧光辐射本征光学双稳态,通过改变可控的实验参数能够实现对光学双稳回线环的形状调节. 关键词： 光学双稳 动力学 掺Tm晶体 光子雪崩     

Cavity-mode selection in spontaneous emission from oriented molecules in a microparticle

We observe preferential cavity-mode selection in spontaneous emission by oriented molecules at the surface of a microparticle. Polarization-analyzed images of a levitated microdroplet containing surface active molecules reveal a well-defined system in terms of molecular position and orientation. The measured fluorescence spectrum is compared with that of a semiclassical emission-rate-enhancement model that treats the coupling between an excited state and Mie resonances as an oscillating dipole interacting with its self-scattered field. By comparing results obtained with this theory with the relative strengths of TE to TM modes measured in the emission spectrum, we show that one can elucidate the heterogeneity of a particle from this resonant structure and determine the orientation of the emission moments relative to the phase boundary.     

2,2′-联苯醚二甲酸和邻菲啰啉构筑的单核铽(Ⅲ)配合物:荧光性质及对Fe~(3+)的发光传感

采用水热法合成了一种新的配合物[Tb(2,2′-oba)_2(phen)_2]~-(H_3~+O)(2,2′-oba=2,2′-联苯醚二甲酸,phen=1,10-邻菲啰啉),并用X-ray单晶衍射仪测定了晶体结构。配合物是由两个邻菲啰啉和两个2,2′-联苯醚二甲酸铽离子构成的单核分子。配合物的荧光光谱在489,546,584和622nm处出现发射峰,归属为中心Tb~(3+5)D_4→7 FJ(J=6-3)跃迁产生的特征荧光。在546nm处的发射最强,对应于~5D_4→~7F_5跃迁,为绿光。探讨了不同金属阳离子对配合物的荧光效应影响。实验结果表明Fe3+对配合物具有显著的荧光猝灭作用,在生理环境pH 4.0~8.0范围内仍然适用,因此配合物可用于生命体系中的Fe~(3+)作荧光探针。     

One-step synthesis of dye-incorporated porous silica particles

Fluorescent nanoparticles have a variety of biomedical applications as diagnostics and traceable drug delivery agents. Highly fluorescent porous silica nanoparticles were synthesized in a water/oil phase by a microemulsion method. What is unique about the resulting porous silica nanoparticles is the combination of a single-step, efficient synthesis and the high stability of its fluorescence emission in the resulting materials. The key of the success of this approach is the choice of a lipid dye that functions as a surrogate surfactant in the preparation. The surfactant dye was incorporated at the interface of the inorganic silica matrix and organic environment (pore template), and thus insures the stability of the dye?Csilica hybrid structure. The resulting fluorescent silica materials have a number of properties that make them attractive for biomedical applications: the availability of various color of the resulting nanoparticle from among a broad spectrum of commercially dyes, the controllablity of pore size (diameters of ~5?nm) and particle size (diameters of ~40?nm) by adjusting template monomer concentration and the water/oil ratio, and the stability and durability of particle fluorescence because of the deep insertion of surfactant??s tail into the silica matrix.     

光子晶体对nc-Ge/Si岛发光增强的模拟

在Si基集成光电子学的发展中,高效的Si基光源是人们不懈追求的目标。但是Si材料的间接带隙特性导致其发光效率低,更谈不上受激发射。于是人们探索了多种Si基材料体系来提高Si材料的发光效率,并在不同程度上取得了重要的进展。在众多的Si基发光材料体系中,Ge/Si量子点材料,不仅生长工艺与标准的CMOS工艺有很好的兼容性,而且发光波长能够覆盖重要的光通信波段即1.3~1.55μm,因此成为实现Si基发光器件的重要途径之一。但是目前这种材料的发光效率仍很低,所以提高其发光效率自然成为人们关注的焦点。如果将光子晶体引入到nc-Ge/Si材料中,它不仅可以改变材料本身的自发发射特性,而且可以改变发射的光子的提取效率,从而使材料的发光效率得到增强。提出了在Ge/Si量子点材料中引入光子晶体结构来提高其发光效率,包括光子晶体点缺陷腔结构和带边模式工作的完整光子晶体结构,并从理论上分析了发光效率提高的原理。针对发光波长在1.5μm附近的材料结构,模拟出了相应的光子晶体的结构参数。从模拟结果可以看出,对于缺陷腔的光子晶体结构,采用单点缺陷微腔很好地实现了单模运作,但是微腔内有源材料的体积很小,因此得到的发光效率很低。而采用耦合缺陷腔的结构和H₂腔都增加了腔内有源区的体积。但是耦合腔与H₂腔相比,谐振腔模减少,主谐振模式的峰值强度增加,更容易实现单模发光。因而更适用于提高nc-Ge/Si的发光效率。而带边模式工作的光子晶体结构,尺寸较大,不需引入缺陷,工艺上更容易实现。     

荧光光谱法检测水质COD时温度、浊度、pH的影响分析

以COD标准液为研究对象,基于特定激发波长下的荧光发射光谱数据,采用化学计量学算法对水质COD进行了检测,分析了水的温度、浊度和pH的变化对发射光谱的影响,并对相关参数的影响进行了补偿校正。在此基础上建立了多参量共同作用时对水质COD预测模型的补偿校正方法。首先采用荧光光谱法对浓度范围为1～55 mg·L-1水质化学需氧量(COD)标准溶液进行三维荧光光谱的采集,去除散射峰以后采用基于蚁群算法优化的偏最小二乘法(ACO-iPLS)对不同激发波长(Ex=255～285 nm,间隔为5 nm)下的荧光发射光谱(Em=275～450nm)数据进行特征提取并采用基于粒子群优化的最小二乘支持向量机算法(PSO-LSSVM)进行预测模型的建立。结果表明,不同激发波长下的荧光发射光谱数据模型的检验集决定系数R2_p在0.961 8～0.998 1范围内,当采用波长为Ex=270 nm的激发光作用时所激发出的荧光发射光谱数据所建模型的效果最优,其检验集决定系数R2_p=0.998 1,预测均方根误差RMSEP=0.348 3 mg·L-1。其次,对温度、浊度、pH对荧光光谱法检测水质COD的影响进行了分析,并给出了相应的补偿模型。结果表明,温度和浊度在检测水质COD时对荧光光谱的影响不可忽略,但通过建立补偿模型可以对其影响进行有效的补偿校正,温度补偿后荧光数据模型的整体平均偏差Bias=0.130 6 mg·L-1,经浊度补偿后可以很好的校正浊度变化对荧光光谱法检测水质COD的影响,而pH范围在4～12.3内变化时对荧光光谱的影响相对较小,因此可忽略。最后,结合单一影响因素的分析结果,对荧光光谱法检测水质COD时水体的多种环境因素(温度、浊度、pH)共同作用的影响进行了分析。实验结果表明,忽略pH影响后,可以采用对温度和浊度同时补偿的方法对二者的影响进行有效的校正。该结果可为水质参数光学传感器在调试过程中抑制环境因素的影响提供参考。     

白光LED蓝光转换材料的发光特性研究

用稀土氧化物作为原料,通过高能球磨与反应烧结的方法,在1 300 ℃合成了高纯度的铈激活和铈、钆共激活的钇铝石榴石蓝光转换材料,采用X射线衍射分析了产物的晶体结构,采用发射光谱和激发光谱研究了基质中Ce3+的发光特性以及Gd3+对它的影响。结果表明,产物为立方晶系的钇铝石榴石晶体,可以被蓝光有效激发,通过调整掺杂离子的摩尔浓度,荧光粉的发射波长可覆盖530～560 nm的黄绿光范围。利用荧光粉转换法制备了白光LED(light emitting diode, 发光二极管),在工作电流为20 mA、工作电压为3.5 V的条件下,所制备的白光LED色坐标x=0.310,y=0.323,光效26.131 m·W-1,显色指数81.8,色温6 605 K。