GaN/AlGaN双带红外探测及光子频率上转换研究

研究了GaN/AlGaN异质结构中的双带（中、远）红外探测及光子频率上转换特性.通过光致发光光谱确认GaN/AlGaN探测器结构中AlGaN本征层的Al组分,讨论了不同Al组分GaN/AlGaN异质结的导带带阶界面功函数差.在拟合单周期GaN/AlGaN探测器中红外和远红外波段响应谱的基础上,研究多周期GaN/AlGaN探测器与GaN/AlGaN发光二极管集成结构的中红外和远红外光子频率上转换效率与GaN发射层厚度、AlGaN本征层厚度、紫光光子出射效率、内量子效率、空间频率和发射层掺杂浓度间的关系,优化 关键词： 双带红外探测 光子频率上转换 响应谱 GaN/AlGaN     

In3+共掺杂诱导NaY0.95-xYb0.03Er0.02F4相转变与上转换发光增强研究

引入In³⁺作为新的掺杂离子通过水热法合成了In³⁺与Er³⁺,Yb³⁺共掺杂的NaYF₄上转换发光材料. 通过XRD表征及Rietveld精修,SEM以及TEM研究了In掺杂引起的NaYF₄形貌与晶体结构的变化. 通过发射光谱与发光衰减曲线表征了掺杂NaYF₄的上转换发光性能,以研究晶体微观结构与上转换发光性能之间的关系. 结果表明随着In掺杂量的增加,立方相NaYF₄的晶格畸变不断增强且发生由立方相向六方相的转变. 对于六方相NaYF₄,其上转换发光强度随着In含量的提高不断增强并当In含量为3%时达到最大值. 该研究结果可以有助于设计与合成具有优良上转换发光性能的材料.     

双脉冲注入式LD模块的红外能级寿命可见区测试系统

Er3+的4I_13/2能级寿命的长短对评估Er3+掺杂材料在光通讯波段的应用十分重要。基于980 nm双脉冲注入式LD激发下的Er3+激发态吸收上转换发光,测量在不同双脉冲时间间隔下的上转换红光发光强度,再根据上转换红光的发光强度随双脉冲时间间隔的变化关系,推导出了Er3+红外4I_13/2能级寿命的拟合公式,实现了红外能级寿命的可见区测量。因此,结合兼具时间间隔可调和同步脉冲取样的双脉冲注入式LD模块和光电倍增管(R2658),就可以实现所有Er3+红外能级寿命的测量,这是一种十分经济的微秒量级荧光寿命测试系统。     

超薄金壳包覆NaYF4:Yb,Er@SiO2纳米结构的可控合成与表面增强上转换荧光

利用原位还原法成功制备了尺寸均一、超薄完整金壳包覆的NaYF₄:Yb,Er@SiO₂@Au（NSA）纳米结构,其XRD、TEM、EDX、HRTEM-HAADF、Mapping及吸收光谱表征结果表明,SiO₂壳及纳米金壳的平均厚度分别约为5 nm和2 nm。在980 nm连续激光激发下,系统研究了核壳结构的上转换荧光强度与氯金酸浓度的依赖关系。稳态光谱结果显示,NSA与仅SiO₂包覆样品（NS）相比Er³⁺的红绿荧光强度均增强了~2.8倍。通过分析上转换荧光动力学过程及利用FDTD方法模拟,讨论了表面等离激元增强上转换荧光的机制。     

NIR‐Triggered Release of Nitric Oxide with Upconversion Nanoparticles Inhibits Platelet Aggregation in Blood Samples

There is a great challenge to overcome the limitation of tissue penetration depth, while maximizing the benefit of light‐triggered biochemical cascades in a well‐defined mode simultaneously. Here, a new method of near‐infrared (NIR) light‐triggered release of nitric oxide (NO) by developing upconversion nanoparticles (UCNPs)‐based conjugate chemistry is reported. As the key nanotransducer in the design, core–shell‐structured UCNPs are encapsulated with a layer of SiO₂ and then covalently linked with a potent NO‐releasing donor (S‐nitroso‐N‐acetyl‐dl ‐penicillamine, SNAP). It is featured with highly localized breakage of chemical bonds of SNAP molecules by NIR–UV upconversion, enabling simultaneous NO release in a light dosage‐dependent manner. The biological effects of NO releasing are demonstrated by cellular imaging and inhibition of platelet aggregation from blood samples. This work provides a flexible and robust platform to generate cell‐signaling gas molecules trigged by NIR laser with deep tissue penetration.     

Gd~(3+)掺杂浓度对NaErF_4∶Yb纳米晶上转换荧光性能的影响

采用温和的溶剂热法制备较强红光发射的NaErF4∶Yb,Gd上转换纳米晶,控制Gd~(3+)的掺杂浓度实现了晶相和尺寸可控以及上转换荧光的增强。X射线衍射谱(XRD)、透射电子显微镜图像(TEM)和上转换发射光谱结果分析表明,Gd~(3+)掺杂可以有效地促进NaErF_4纳米晶的晶相由立方相向六角相转变,并且减小纳米粒子的尺寸。随着Gd~(3+)掺杂浓度的上升,上转换荧光强度明显增大。当Gd~(3+)摩尔分数为25%时,样品的上转换荧光强度达到最大。同时,研究了在980 nm近红外激光激发下,Yb~(3+)与Er~(3+)间有效的能量传递以及上转换发光机制。     

Pb~(2+)掺杂导致的CaF_2中Yb~(3+)离子三聚体合作发光猝灭

利用978 nm近红外光激发样品Ca F2∶Pb2+,Yb3+,在室温下观察到二价Pb2+离子在383 nm附近的紫外上转换发光。该发射峰对应于Pb2+离子的3P0"1A1g(1S0)跃迁。瞬态光谱测量结果表明:在这个材料体系中,Pb2+离子的激发来自于Yb3+离子三聚体的合作敏化。但是随着Pb2+离子掺杂浓度的提高,Yb3+离子三聚体遭到结构性破坏,导致其合作发光减弱。本文首次利用Pb2+离子掺杂造成Yb3+离子三聚体的结构性破坏,从而引起合作荧光猝灭,并对在Ca F2基质中因其他二价离子的掺入而造成的Yb3+三聚体合作发光猝灭给予了合理的解释。     

强上转换发光的LiLu_(1-x)Yb_xF_4∶Tm@LiGdF_4核壳纳米晶的制备

利用高温热分解法制备了LiLuF_4∶Yb,Tm@LiGdF_4核壳纳米晶。在980nm激光激发下,与未包覆的样品相比,LiLuF_4∶Yb,Tm@LiGdF_4核壳纳米晶的发光增强了15倍左右,这主要是因为通过惰性壳层的包覆可以有效抑制表面猝灭效应。另外,随着核中Yb~(3+)离子的摩尔分数从20%增加到100%,上转换发光强度逐渐增大,最大增加了12.4倍左右。这主要是由于增加Yb~(3+)离子的浓度可以增加纳米粒子对激发光的吸收和提高Yb~(3+)到Tm~(3+)的能量传递速率。所制备的LiYbF_4∶2%Tm@LiGdF_4核壳纳米晶的发光效率高达4%。     

Encapsulation of Photosensitizers and Upconversion Nanocrystals in Lipid Micelles for Photodynamic Therapy

Photodynamic therapy (PDT) is a promising method for cancer therapy. However, it is constrained by limited penetration depth of visible light, hydrophobicity of photosensitizers, and lack of tumor targeting. In this work, the photosensitizer zinc phthalocyanine (ZnPc) and upconversion nanocrystals (UCNs) are encapsulated into OQPGA‐PEG/RGD/TAT lipid micelles. The UCNs acting as a nanotransducer convert deep‐penetrating near‐infrared (NIR) light to visible light for activating the photosensitizer. OQPGA‐PEG/RGD/TAT lipid micelles are used as a carrier for the photosensitizer, with improved biocompatibility and cancer‐targeting ability. The results show that the photosensitizer ZnPc‐ and UCNs‐loaded OQPGA‐PEG/RGD/TAT lipid micelles are nanoparticles with an average size of 25 nm. The lipid micelle nanoparticles are stable in water with low leakage of photosensitizer. The absorption peak of the photosensitizer overlaps with the emission peak of UCNs, so the visible fluorescence emitted from the UCNs upon excitation by the NIR laser at 980 nm can activate the photosensitizer to produce singlet oxygen for PDT. The targeting RGD peptide and cell‐penetrating TAT peptide on the surface help the nanoparticles getting into cancer cells. The OQPGA‐PEG/RGD/TAT lipid micelles encapsulated with both the photosensitizer ZnPc and UCNs could be used for targeted PDT by using deep‐penetrating NIR light as the light source.     

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。