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。     

稀土离子的上转换敏化发光

选择合适的稀土离子敏化是提高上转换发光效率的最有效途径之一。本文总结了在玻璃中常见的稀土元素敏化离子对在不同泵浦方式下的发光方式,并讨论了稀土离子间的敏化发光的研究前景。     

稀土离子的上转换敏化发光

选择合适的稀土离子敏化是提高上转换发光效率的最有效途径之一。本文总结了在玻璃中常见的稀土元素敏化离子对在不同泵浦方式下的发光方式,并讨论了稀土离子间的敏化发光的研究前景。     

非稀土掺杂协同核壳包裹对氟化物纳米晶上转换发光性能的增强

为提高上转换纳米晶的发光效率,提出协同增强的策略,将核壳包裹和非稀土离子掺杂两种方式进行有效的结合,使上转换纳米晶的发光效率实现"1+12"的增强效果。以Na Gd F_4作为基质材料,Yb~(3+)和Er~(3+)分别作为敏化离子和发光离子,以Li~+离子和Na Gd F_4作为非稀土掺杂离子和包裹壳层来构建核/壳纳米结构,研究两种增强方式的协同作用对Na Gd F4∶Yb~(3+)/Er~(3+)纳米晶的上转换发光性能的影响。结果表明,Li+离子掺杂与包裹Na Gd F4壳层共同作用使得β-Na Gd F4∶Yb~(3+)/Er~(3+)纳米晶的上转换发光增强了39倍,明显优于单一方式的增强效果。通过一系列的优化实验结果发现,Li+离子的最佳掺杂摩尔分数为4%。基于以上实验结果,给出了非稀土离子掺杂核壳纳米晶协同增强上转换发光效率的机理。     

用转移函数方法研究铒离子上转换发光与抽运功率的关系

用转移函数方法分析了铒离子上转换发光与抽运功率的关系.对单掺铒离子的发光材料,对比分析了铒离子为高浓度和低浓度掺杂时上转换发光强度与抽运功率的关系.对稀土离子共掺杂系统,分析了Er3+在铒镱共掺杂的氟氧化物玻璃陶瓷中的上转换发光过程,认为Er3+绿色辐射的上转换发光强度与抽运激光功率的非平方关系是由于Er3+和Yb3+之间的强交叉弛豫过程引起的.讨论了在稀土离子共掺杂的氟氧化物玻璃陶瓷中提高Er3+的上转换发光强度的几种方法. 关键词： 转移函数方法 上转换发光 氟氧化物玻璃陶瓷     

稀土掺杂材料的上转换发光

稀土掺杂材料的上转换发光是实现光波频率转换的重要途径,也是稀土掺杂发光材料研究的重要内容。本文从介绍与上转换相关的基本概念出发,阐述了稀土离子上转换发光的发展历史;对稀土离子掺杂材料的能量传递、激发态吸收、合作敏化、合作发光、双光子吸收激发及光子吸收雪崩等上转换发光机制进行了概述,并对各机制进行了比较;对不同稀土离子掺杂体系中上转换发光的机制进行了总结;对以往研究的稀土掺杂上转换发光材料的基质,包括粉体材料、晶体材料、非晶材料进行了概括;最后对影响稀土离子上转换发光效率的因素进行了分析,提出了在上转换发光材料的设计中应重点考虑基质对泵浦光及上转换发射光的吸收、基质材料的声子能量、稀土离子的掺杂方案及泵浦途径等因素。     

Yb3+,Tm3+离子掺杂浓度对NaYF4：Yb3+,Tm3+发光光谱的影响

利用高温热溶剂法合成了不同Yb³⁺和Tm³⁺掺杂浓度的NaYF₄：Yb³⁺,Tm³⁺上转换发光纳米粒子。利用扫描电子显微镜、X射线衍射分析、荧光光谱对样品进行形貌和发光性质的表征。结果表明,不同Yb³⁺和Tm³⁺离子掺杂浓度对纳米粒子的上转换发光性质有很大影响。随着Tm³⁺离子浓度的提高,Tm³⁺离子之间的浓度猝灭和交叉弛豫效应对发光强度的影响愈来愈显著,导致纳米粒子的发光猝灭;同样,随着Yb³⁺浓度的提高,纳米粒子的发光强度也是先增大后减小,这是因为Yb³⁺离子浓度掺杂过高导致发光猝灭。     

基于等离激元纳腔的单颗粒稀土掺杂纳米晶上转换发光光谱调控

等离激元纳腔可有效调控稀土掺杂纳米晶的上转换发光特性,其不仅能增强上转换发光强度,还可实现上转换发光光谱的调节.然而,目前利用纳腔进行上转化发光光谱调节的研究主要基于系综实验.相比系综实验,单颗粒实验由于可对同一颗上转换纳米晶进行对比研究,因而能够排除系综样品非均匀性对实验的影响.本文基于原子力显微镜原位纳米操纵技术将...     

基于单个金纳米棒的表面等离子体共振增强单个纳米晶上转换发光

稀土离子掺杂上转换纳米晶在生物成像和光伏领域具有广泛的应用前景,但其较低的上转换效率限制了其应用。利用原子力显微镜探针在纳米尺度下操控单个金纳米棒与单个上转换纳米晶耦合,通过单颗粒光谱学研究了金纳米棒局域表面等离子体共振对纳米晶上转换发光的影响。结果表明纳米晶上转换发光强度对激发光的偏振方向具有强烈的依赖性。当激发光偏振方向平行于金纳米棒长轴时,纳米晶的绿色和红色上转换发光可以分别获得最大增强倍数为18和40的发光增强。     

TmYb共掺氟氧化物玻璃的间接上转换敏化发光的研究

研究了Tm(0.1)Yb(10.9)氟氧化物玻璃在800nm半导体激光激发下的间接上转换敏化发光现象.通过Tm(0.1)Yb(3)：ZBLAN玻璃和Tm(0.1)Yb(10.9)氟氧化物玻璃中Tm³⁺离子上转换发光的比较研究,发现在间接上转换敏化的情况下,Tm(0.1)Yb(10.9)氟氧化物玻璃中Tm³⁺离子的上转换发光极大地增强,超过了Tm(0.1)Yb(3)：ZBLAN玻璃的水平.说明在此类上转换激发机制下,有着较高的稀土溶解度和较大的截止声子能量的材料可能有最佳的上转换效率,它将可能有比目前最好的ZBLAN材料高许多的上转换发光强度,这对于上转换研究迅速走向实际应用有重大的意义.目前尚未见到其他类似研究报道. 关键词：     

六角柱形NaErF_(4)和NaErF_(4)@NaYF_(4)核壳微粒制备及多色上转换荧光调控性能EI北大核心CSCD

采用简单的水热法合成了六角柱形NaErF_(4)和NaErF_(4)@NaYF_(4)核壳上转换发光材料,利用扫描电镜(SEM)、X射线粉末衍射(XRD)和荧光光谱(PL)等表征对材料的形貌、结构和上转换发光性能进行了研究。结果表明,纯NaErF_(4)样品为六角柱形,边长和厚度均为1μm左右,样品表面光滑。随着NaYF_(4)壳层的包覆,六角相NaErF_(4)周围出现了大量的立方相NaYF_(4)纳米颗粒,得到了NaErF_(4)@NaYF_(4)核壳结构。荧光光谱表明,通过在六角柱形NaErF_(4)表面包覆NaYF_(4)壳层,可以有效增强上转换发光强度,其中,位于527,543,663 nm处的3个发射峰分别对应于Er^(3+)的^(2)H_(11/2)→^(4)I_(15/2)、^(4)S_(3/2)→^(4)I_(15/2)和^(4)F_(9/2)→^(4)I1_(5/2)能级跃迁。随着壳层中Y∶F比例的增加,立方相NaYF_(4)的晶体衍射峰逐渐增强;同时,对应的NaErF_(4)@NaYF_(4)样品发射光谱中红绿比(R/G)逐渐增大,发光颜色也从绿色、经黄绿色逐渐向黄色过渡,实现了多色发光。     

核壳纳米结构壳中Yb离子对稀土上转换发光温度特性的影响

采用油酸盐法分别制备出均匀的上转换发光裸核纳米粒子及其包覆具有不同Yb³⁺浓度掺杂的NaYF₄:Yb³⁺,Er³⁺核壳纳米结构的上转换纳米粒子。在不同温度下(90~450 K),研究分析了在壳中掺杂不同浓度Yb³⁺的NaYF₄:Yb³⁺,Er³⁺@NaYF₄:x%Yb³⁺核壳纳米体系的上转换发光特性。结果表明:在NaYF₄:Yb³⁺,Er³⁺上转换体系中,惰性壳中的525 nm(²H_11/2 →⁴I_15/2)发射峰呈现出与活性壳中不一样的趋势。壳层中掺杂的Yb³⁺通过声子对纳米粒子内部发光与表面及外界之间的相互作用起到了重要的"桥"连作用。     

Yb浓度对功率依赖的上转换荧光色彩的敏感度调控

控制激发光功率密度是一种调控红绿荧光比率的简单方法.然而,大多数上转换系统对功率的调控并不敏感.本文通过柠檬酸钠辅助的水热法,合成了一系列具有不同Yb浓度掺杂的NaYF₄：Yb/Ho微米棒.通过激光共聚焦显微镜系统,研究了Yb浓度和激发功率密度依赖的NaYF₄：Yb/Ho微米棒的上转换荧光特性.发射谱和同步荧光成像图案表明：荧光红绿比率不仅敏感于激发功率,而且敏感度依赖于Yb浓度.随着Yb浓度的增加,功率调控的红绿比率的敏感度增加,这暗示了功率调控的红绿比率的敏感度可以作为一种度量和评估Yb掺杂浓度的有效途径和方法.通过上/下转换发射谱、激发谱和功率依赖关系,揭示了功率调控红绿比率的机理,并提出了荧光色彩敏感于功率调控的上转换系统具有的特征和判据.本研究为设计和合成高敏感度的功率调控的上转换材料提供了理论基础和实验数据.     

高浓度敏化剂掺杂的NaYF4∶Yb3+,Er3+纳米材料的合成及发光性能研究

为了探究泵浦功率对不同浓度敏化剂离子掺杂的上转换材料发光特性的影响,采用溶剂热法,成功制备了不同浓度敏化剂Yb3+掺杂的NaYF₄∶Yb3+, Er3+上转换纳米颗粒。首先对这种纳米晶体的结构和形貌进行了详细的分析,使用X射线粉末衍射仪和透射电子显微镜测试了制备的纳米晶体的结构和形貌。表征结果证明了制备的纳米颗粒均为结晶性良好、形状规则的六方相纳米晶体,随着Yb3+掺杂浓度的提高,纳米晶体的粒径有所增加。在此基础上,通过控制泵浦功率对不同浓度敏化剂Yb3+掺杂的NaYF₄∶Yb3+, Er3+上转换纳米颗粒在980 nm激发光下的光致发光特性做了详细的研究。对于不同浓度敏化剂掺杂的样品,随着泵浦功率的提高,上转换发光的强度增强,这可以归因于高泵浦功率促进材料对激发光的吸收。上转换发光的红绿比也得到了提高, 值得注意的是, 在不同浓度敏化剂Yb3+掺杂的样品中,发光的红绿比改变的程度和可调谐的范围有所不同。为了深入的了解上转换发光机制,对不同浓度样品中可能发生的电子能量传递机制进行了讨论并提出假设,认为上转换发光过程中,不同浓度样品中红绿比变化程度的不同是发光离子组合之间的平均距离和包括多声子弛豫、交叉弛豫和反向能量传递的非弛豫过程的综合作用。在低浓度敏化剂掺杂的样品中,由于掺杂浓度导致Yb3+和Er3+之间的平均距离较大,反向能量传递过程比较微弱。在非弛豫过程中,发生在同一发光中心Er3+上的多声子弛豫和相邻发光中心Er3+之间的交叉弛豫为主要过程。随着泵浦功率的提高,高能级的布居速率增加减弱了非辐射弛豫对发光的影响,材料的红绿比只有微弱的提高,绿光是上转换发光中的主要成分。随着掺杂浓度的提高,敏化剂离子Yb3+和激活剂离子Er3+之间的平均间距减小,反向能量传递过程得到增强,成为非辐射弛豫过程中的主要部分。由于泵浦功率增强而提高的高能级对上转换发光的贡献,通过相邻敏化剂和激活剂离子之间的反向能量传递过程得到迅速的衰减,使红光成为上转换发光中的主要成分。在980 nm的近红外光激发下,在不同浓度Yb3+掺杂的样品中存在不同侧重的非辐射弛豫过程, 由于多声子弛豫、交叉弛豫和反向能量传递共同作用,红绿比随着泵浦功率提高而增加。这种发光特性不但使得我们得到红光性能更好的上转换荧光材料,而且可以通过测定材料的红绿比来判定材料的掺杂浓度。经过进一步的设计和修饰,这种纳米材料很有潜力作为一种多功能光动力治疗纳米平台在生物检测领域中得到应用。不同浓度样品中可能发生的电子能量转移过程的提出,有利于对上转换发光机理的了解和稀土发光离子组合的设计和优化。     

Er,Yb：(LaLu)2O3透明陶瓷制备及上转换发光性能

采用柠檬酸燃烧法制备Er,Yb：（LaLu）₂O₃陶瓷粉体,用X射线衍射对其进行了物相鉴定,研究表明1 000℃时已经得到纯相的（LaLu）₂O₃。采用冷等静压-真空烧结法制备了Er,Yb：（LaLu）₂O₃和Er：（LaLu）₂O₃陶瓷,对陶瓷的结构和光谱性能进行了详细的研究,研究发现掺杂5% Yb³⁺和10% La³⁺样品的上转换发光强度与未掺Yb³⁺、La³⁺样品相比明显增大,根据上转换光谱显示较强发射峰位于564 nm和661 nm处,对应Er³⁺的⁴S_3/2（²H_11/2）→⁴I_15/2能级跃迁和⁴F_9/2→⁴I_15/2能级跃迁,并讨论了Er³⁺-Yb³⁺的能量传递过程及其上转换发光机制。     

β-NaYF4:Yb,Er/Tm/Ho上转换纳米晶的制备及其水溶性研究

利用低温成核和高温生长的原理, 选用蓖麻油酸(RA)为表面活性剂, 合成了上转换纳米晶β-NaYF₄ :Yb, Er/Tm/Ho.结果表明, β-NaYF₄ :Yb, Er/Tm/Ho纳米晶的粒径约为45 nm, 晶相为纯六方相.在980 nm激发下, β-NaYF₄ :Yb, Er/Tm/Ho纳米晶呈现较强的上转换发光.通过将其溶解在二氯甲烷和水的混合溶液中可知, RA-NaYF₄ 纳米晶只能分散在水中且在暗场下形成明亮的绿光, 而二氯甲烷中没有, 证明其具有良好的水中分散性, 并且在酸性和碱性条件下, 其荧光性能稳定.     

Er3+/Yb3+共掺NaYF4/LiYF4微米晶体的上转换荧光特性

采用水热法成功制备了Er³⁺/Yb³⁺共掺杂的NaYF₄和LiYF₄微米晶体. 通过X射线衍射仪和环境扫描电子显微镜对样品的晶体结构及形貌进行表征. 实验结果表明: 六方相NaYF₄微米晶体为棒状结构, 而四方相LiYF₄微米晶体则为八面体结构. 在近红外光980 nm激发下, NaYF₄:Yb³⁺/Er³⁺和LiYF₄:Yb³⁺/Er³⁺ 微米晶体均展现出很强上转换荧光发射. 且NaYF₄:Yb³⁺/Er³⁺微米晶体的荧光发射强度大约是LiYF₄:Yb³⁺/Er³⁺微米晶体的2倍, 但红绿比明显较低. 根据荧光光谱, 并借助激光光谱学及发光动力学深入探讨基质变化及表面修饰剂乙二胺四乙二酸(EDTA)对荧光特性的影响. 实验结果发现: 影响荧光强度的主要因素是基质环境的局域对称性, 而导致不同红绿比则是由于样品表面较多的EDTA分子所引起. Er³⁺掺杂的NaYF₄和LiYF₄ 微米晶体呈现出很强的绿光发射可被应用于全色显示, 荧光粉和微光电子器件中.     

氨基磷酸辅助的水热合成NaYF4:Yb3+,Er3+纳米晶及其上转换发光

以氨基磷酸为螯合剂,通过共沉淀与水热法相结合,成功地制备出NaYF4:Yb3+,Er3+纳米晶.研究结果表明:水热前后NaYF4:Yb3+,Er3+纳米晶均为立方相结构,其颗粒大小约为80nm.在980 nm近红外光激发下,实现了样品的上转换发光.样品的上转换绿红光发射带归因于Er3+的2H11/2,4S3/2→4 I...     

Gd2O3：Er/Yb纳米线、纳米片的制备与发光性质

采用水热法制备了Gd₂O₃:Yb³⁺/Er³⁺纳米线和纳米片,并研究了制备过程中溶液的pH值对产物形貌的影响以及样品形貌对发光性质的影响。将稀土氧化物溶于硝酸并与NaOH反应,使溶液pH值至预期值,将生成物离心、烘干和灼烧,得到最终产物。研究发现,制备样品过程中,中性溶液中易于形成纳米片,而碱性溶液中则会形成纳米线,而且碱性越强越容易形成纳米线。在980nm激光激发下,与纳米片相比,纳米线中Er³⁺的⁴I_13/2→⁴I_15/2的红外发射强度显著减弱,而²H_11/2/⁴S_3/2→⁴I_15/2和⁴F_9/2→⁴I_15/2的上转换发射相对增强,而且²H_11/2/⁴S_3/2→⁴I_15/2与⁴F_9/2→⁴I_15/2的荧光分支比略有增大。纳米线与纳米片相比,比表面积减小,由表面效应引起的无辐射弛豫过程的减弱导致了上述光谱的变化。     

LaF3∶Er,Yb纳米颗粒掺杂有机/无机杂化材料制备光波导放大器及特性研究

采用LaF₃∶Er,Yb纳米颗粒掺杂有机/无机杂化材料作为有源材料,制备了掩埋条形结构光波导放大器,研究了放大器在室温下的增益特性和波导中的频率上转换现象. 当抽运功率60 mW时,波导中明显可见绿色上转换发光,观测到Er³⁺从²H_9/2,²H_11/2,⁴S_3/2,⁴F_9/2到基态⁴I_15/2跃迁分别对应的4个波长分别为405?nm, 520?nm, 544?nm和650?nm的发射峰,分析了其产生机理. 当输入信号光06?mW,抽运功率160 mW时,在1535?nm波长处获得15 dB/cm的相对增益. 关键词： 光波导放大器 增益 上转换