基于钒酸根与Sm~(3+)荧光强度比的新型温度传感

利用钒酸根电荷迁移态的荧光温度猝灭效应与Sm~(3+)的~4F_(3/2)与~4G_(5/2)能级之间的热耦合特性,设计了基于钒酸根与Sm~(3+)荧光强度比的新型光学测温方案。在310 nm的激发下,通过测量GdVO_4:0.5%Sm~(3+)粉末样品在300～480 K温度范围内的变温发射光谱,研究了钒酸根在450 nm处与Sm~(3+)在535 nm处荧光强度比的温度依赖关系,所得相对温度灵敏度在380 K达到最大值1.6%·K~(-1),在较大的温度范围内,明显优于基于Er~(3+)和Ho~(3+)热耦合能级荧光强度比的测温体系。同时,通过研究GdVO_4:5%Sm~(3+)的变温发射光谱,对发射光谱中位于480～503 nm范围内荧光峰的跃迁来源进行了指认。     

钙钛矿基近红外光电探测器

近年来,具有ABX₃晶体结构的金属卤化物钙钛矿材料因其可调带隙、高吸收系数、长载流子传输距离等光电学特性而在光电探测领域表现出良好应用前景,尤其是基于纯Sn或者Sn/Pb混合阳离子制备的杂化钙钛矿在760～1050nm范围的近红外光电响应性能非常优异,展现出高灵敏度、低暗电流和高探测率等多方面优势。为进一步拓宽钙钛矿的近红外以及红外响应波长范围,研究人员探索了将有机材料、晶体硅/锗、Ⅲ-Ⅴ族化合物、Ⅳ-Ⅵ族化合物、上转换荧光材料等作为互补光吸收层与钙钛矿结合制备异质结来构筑出宽谱响应的近红外光电探测器。基于以上研究,本文总结了当前拓宽钙钛矿光电探测器的光谱范围的有效途径。同时,对钙钛矿材料的近红外光电探测器的未来发展前景作出了展望。     

光和温度刺激响应型材料

刺激响应型材料是一类在环境因素刺激下,自身的某些物理或化学性质发生相应变化的材料。刺激因素包括光、温度、pH、离子强度、电场和磁场等。本文综述了近年来光和温度刺激响应型材料的研究进展,主要从光响应型水凝胶和光致变色材料的结构类型及应用概述了光响应型材料的发展;同时从温度响应型水凝胶、热致形状记忆材料和热敏变色材料几方面介绍了温度响应型材料的研究进展及应用,并展望了光和温度刺激响应型材料在多学科领域的应用前景。     

基于荧光寿命机理的光纤温度传感器研究

为了实现恶劣环境下温度的测量,设计了一种基于荧光寿命机理的光纤温度传感系统.温度传感系统选用415 nm LED作为光源,以稀土荧光材料Y2O2S:Eu作为温度敏感材料,通过探测放大器和信号采集模块测量了敏感材料的荧光寿命,并由荧光寿命与温度的单调关系最终实现了温度的测量.采用油浴加热的方法进行温度实验,实验结果表明,温度传感系统在25~80℃实现了温度的测量,分辨率为0.5℃.     

金属-有机框架材料的荧光探测应用进展

金属-有机框架材料(metal-organic frameworks,MOFs)是一类由金属离子或金属离子簇与有机配体自组装而成的杂化多孔材料。 极高的比表面积和孔隙率,组成和结构可调节等特点赋予该材料灵活的设计性和丰富的功能性。 金属-有机框架材料的金属离子、有机配体和装载的客体分子等皆可作为发光中心,并能对离子或小分子产生特异性荧光响应,因此在荧光探测方面有广泛应用。 本文主要综述了近年来金属-有机框架材料在荧光探测方向的研究进展以及应用前景。     

温度/pH双重荧光响应型水溶性聚合物的合成及在细胞成像中的应用

本文设计并合成了一种基于荧光素和聚乙二醇(PEG)的新型水溶性双重敏感型荧光聚合物材料,以改善荧光素有机小分子在应用中水溶性和生物相容性差、易脱落等缺陷。首先以荧光素为光学基团与环氧氯丙烷反应,合成含有活性环氧环基团的3-环氧丙氧基荧光素(EFlu),然后通过开环反应将EFlu键合到聚乙二醇(PEG)链端,制备得到具有良好水溶性的荧光聚合物(PEG-EFlu)。通过核磁共振、红外光谱和凝胶渗透色谱对EFlu和PEG-EFlu的结构进行表征,通过紫外-可见吸收光谱和荧光光谱测得其吸收-发射光谱和温度/pH双重荧光响应特性。测试结果表明PEG-EFlu水溶液在520 nm附近发射较强荧光,荧光量子产率为0.26,且荧光强度随环境温度的升高而下降。同时,PEG-EFlu水溶液的吸收和荧光强度均随环境pH的升高而增强,吸收波长发生明显红移,可表现出对温度和pH双重敏感响应特性。此外,通过细胞毒性以及细胞成像实验研究了PEG-EFlu的生物应用效果。细胞毒性实验结果显示:经PEG-EFlu染色后的细胞存活率均保持在95%以上,证明该荧光聚合物的低细胞毒性。清晰的荧光成像效果表明PEG-EFlu是一种潜在的生物成像剂,因此有望作为一种敏感响应型生物功能高分子材料应用于细胞示踪和检测等领域。     

新型荧光双重敏感响应性壳聚糖衍生物的合成及其发光性能研究

为了开发新型多功能天然高分子荧光材料,合成出一种新型含有环氧丙氧基荧光素(EPF)基团的水溶性壳聚糖衍生物GCS-EPF, 并用IR,1H NMR,UV光谱和荧光光谱等手段进行结构和发光性能的研究. 结果表明, 修饰后水溶性壳聚糖(GCS)的水溶液、 固体粉末和薄膜在520 nm附近具有较强的荧光发射, 其荧光强度不仅在0-60 ℃时对度有较快敏感响应, 同时在pH=0-13.5时对pH也有较快敏感响应, 具有双重敏感响应, 因此可将其作为温度荧光探针和pH荧光探针的高分子材料.     

纳米复合材料中界面动态特性的扫描静电显微技术研究

纳米复合材料中的微观界面结构和界面作用对材料的宏观介电性能, 如介电常数、介电损耗、击穿强度等有十分重要的影响. 本文发展了一种基于扫描静电显微探针技术的测量方法, 可以直接表征二氧化钛/环氧树脂纳米复合材料的微观界面结构及相应的动态介电响应行为. 实验中利用扫描探针的纳米尺度分辨能力, 探测到不同温度下环氧树脂纳米复合材料的局域动态介电响应变化过程, 从而获得纳米颗粒与高分子界面相互作用及极化相关的温度特性. 进一步通过对二氧化钛纳米颗粒进行表面修饰, 得到了两种不同特性的二氧化钛/环氧树脂界面, 验证了不同界面作用引起的复合材料界面区域与非界面区域高分子链介电损耗图像的反差.     

荧光探针在灵敏表征高分子材料老化中的研究进展

目前高分子材料早期老化或轻微老化的检测和监测面临诸多难题,最迫切的需要是发展灵敏且高效的表征方法。荧光探针技术作为一种成功应用于生物医学、环境科学和材料科学等多个领域非常灵敏的分析技术,其低检出限、强直观性的优点预示出它表征早期老化的潜力。高分子材料老化过程中往往会产生自由基物种以及羟基、羧基等基团,环境应力、湿度和基体极性等性质也会发生改变,这为荧光探针的刺激响应行为提供了用武之地。本综述简述了多种荧光探针的发展历史,讨论了靶向前述材料变化的荧光探针的本质机理,结合材料老化阐述了化学响应荧光探针和微环境响应荧光探针的典型应用以及部分探针的合成方法,最后对荧光探针技术存在的科学问题与应用挑战等方面进行了系统梳理,希望对广大同行的研究工作有所裨益。     

([Ru(bpy)_3]~(2+)-Eu(TTA)_3Phen)/PMMA温敏漆的制备及性能研究

合成了[Ru(bpy)3]2+和Eu(TTA)3Phen两种探针分子,并将两者与甲基丙烯酸甲酯(MMA)混合,在引发剂BPO作用下进行聚合,获得具有温度响应性能的([Ru(bpy)3]2+-Eu(TTA)3Phen)/PMMA温敏漆。采用IR、紫外吸收光谱和荧光光谱对探针分子的结构及温敏漆的荧光特性进行了表征。红外光谱和紫外吸收光谱表明:Ru与2,2'-联吡啶分子通过双氮配位,有O→Eu配位键形成。荧光光谱表明:温敏漆样品的温度猝灭性能较好,并且在不同温度范围内测温灵敏度不同,由452 nm激发时,温敏漆样品在25~45℃范围内测温灵敏度高,最强的荧光发射峰位于584 nm;由342 nm激发时,在45~65℃范围内测温灵敏度高,最强的荧光发射峰位于612 nm。     

温敏性碳量子点的快速制备、荧光性质及细胞成像应用

以草酸和尿素为碳源,超纯水为溶剂,采用微波方法快速合成了具有热敏性的氮掺杂碳量子点,对其形貌、结构、荧光性质和荧光强度的影响因素,以及细胞毒性进行了测试和讨论,并用于小鼠结肠癌细胞(CT26.WT)成像。结果表明,制备的碳量子点近似球形,粒径约3.8 nm。碳量子点具有良好的温度响应的荧光性质。在10~80℃温度范围内,相对荧光强度与温度之间存在良好的线性关系。随着温度的增加,碳量子点的荧光强度减小,温度从10℃升至80℃,相对荧光强度减少了25%,当温度反向降低时,其荧光强度恢复到原始值。碳量子点温度与荧光强度之间的线性关系,使之在温度响应的荧光传感领域具有潜在的应用价值。对碳量子点进行氮掺杂能有效提高其荧光量子产率,当草酸和尿素质量比为3∶1时,荧光量子产率最高,为9.5%。另外,合成的碳量子点还具有优异的抗盐性能、强稳定性等特点,不仅能有效被CT26.WT细胞吞噬,还显示出低毒性和生物相容性,MTT分析结果表明,在1 000μg·mL~(-1)的碳量子点存在下,CT26.WT细胞存活率达85%,荧光碳量子点有望作为温敏性的荧光纳米探针在细胞研究领域得到应用。     

有机荧光温度传感体系研究进展

温度是最常见的物理量之一,对温度的精确测量无论在科学研究还是在生产生活中均具有重要意义.荧光温度传感是一种新型半侵入式温度测量方法,具有高灵敏度、快速响应、可视化效果好等优点.有机荧光分子是最早用于荧光温度传感的材料,近年来有机荧光温度传感体系研究取得显著进展.主要对近五年有机荧光温度传感的重要研究成果进行综述,并对其未来发展进行展望.     

Sm3+掺杂Y2O3荧光材料的发光性能及荧光温度传感特性EI北大核心CSCD

采用CO2激光区熔法制备了Y2O3:x%Sm3+(x=0.2,0.5,0.7,1,2)荧光材料。在465 nm半导体激光泵浦下,研究了所制备荧光材料在室温下的荧光特性,结果表明样品的Sm3+离子最佳掺杂浓度为0.7%。在298～898 K温度范围内测量了Y2O3:Sm3+(0.7%)荧光材料的荧光温度特性。研究发现随着温度升高,4G5/2→6H5/2跃迁的荧光强度先增强后减弱;4G5/2→6H7/2跃迁的荧光强度随温度逐渐减弱,但在448～648 K范围内荧光强度随温度减弱的趋势变慢;4G5/2→6H9/2跃迁的荧光强度在298～548 K范围内基本不变,当温度继续升高时荧光强度逐渐减小。基于荧光强度比(FIR)技术,研究了不同光谱段之间FIR的温度传感特性,相比较于FIR1(4G5/2→6H5/2/4G5/2→6H7/2)和FIR2(4G5/2→6H5/2/4G5/2→6H9/2),FIR3(4G5/2→6H7/2/4G5/2→6H5/2)和FIR4(4G5/2→6H9/2/4G5/2→6H5/2)的绝对灵敏度更高,其中FIR3的最大绝对灵敏度和相对灵敏度分别为5.91×10-3K-1(315 K)和2.06×10-3K-1(370 K),FIR4的最大绝对灵敏度和相对灵敏度分别为1.87×10-3K-1(465 K)和1.26×10-3K-1(542 K)。综上,Y2O3:Sm3+是一种适用于宽温度范围荧光温度传感的理想材料。     

ZnO/ZnS大面积单晶异质结及其光电性能研究

ZnO和ZnS是重要的Ⅱ-Ⅵ族宽禁带半导体材料,二者之间形成的异质结具有Ⅱ型能带结构,可以促使受激载流子实现空间分离,延长受激载流子的寿命,从而提高材料的光催化和光电探测性能。本文利用物理气相沉积方法,首次在ZnO块状单晶衬底上生长了一层ZnS单晶薄膜,薄膜由厚约4nm、边长几百纳米,取向一致的等边三角形纳米片组成。X射线衍射和透射电子显微镜的表征结果显示,ZnS薄膜与ZnO衬底具有单一外延取向关系。阴极射线荧光光谱表明ZnS薄膜的制备显著提高了ZnO单晶片可见光荧光发光峰的强度。此外,对ZnO/ZnS异质结的紫外光电探测性能的研究结果显示,异质结对不同波长的紫外光均有响应,光响应的上升弛豫时间和下降弛豫时间分别为200ms和1050ms,展示了较好的光电应用潜力。     

一种氰基二苯乙烯衍生物的合成与应用研究

本文设计、合成了一种新型氰基二苯乙烯衍生物有机发光材料(2e),并对其进行了表征;测试了其光学性质、聚集诱导发光(AIE)效应、溶剂效应及对酸/碱刺激的荧光响应;探索了其在酸/碱指示器及发光二极管(LED)方面的应用。结果表明：2e的溶液和固体均能发出荧光;2e的颜色及荧光发射波长/强度对酸/碱刺激具有可逆的响应,可作为酸/碱的荧光传感器;此外,基于2e理想的固态荧光发射特性,它还可应用于发光二极管。     

SrAl2O4:Eu2+,Dy3+长余辉材料发光性能与温度依赖研究

对SrAl2O4:Eu2+,Dy3+长余辉材料在100～500 K温度之间的发光性能进行研究.实验结果表明,材料的荧光及余辉强度在特定温度区间内呈线性变化,在热释峰所在温度范围具有较好的发光性能.其变化规律表明SrAl2O4:Eu2+,Dy3+长余辉材料内部陷阱中电子的释放包括瞬时释放和延时释放两种类型,其中电子瞬时释放进而跃迁发光是荧光的组成部分,延时释放产生的跃迁则导致余辉发光.陷阱和电子的复合与陷阱中电子释放过程均随温度升高而增强,但温度过高时会发生热猝灭.材料荧光强度与余辉强度在特定温度区间内随温度呈线性变化关系表明其可以作为一种光纤温度传感材料.     

手印纳米荧光显现技术研究进展

近年来,将新型纳米材料特别是纳米荧光材料应用于潜在手印显现技术的研究引起了科研人员的广泛关注,由此衍生出了手印纳米荧光显现技术.与传统手印显现技术相比,手印纳米荧光显现具有高对比度、高灵敏度、高选择性等突出优点.本综述从显现材料和方法两方面详细总结了手印纳米荧光显现技术的国内外研究进展.在手印显现材料方面,重点介绍了基于量子点、纳米金属材料、稀土下转换发光纳米材料、稀土上转换发光纳米材料、荧光碳点等材料的显现技术;在手印显现方法方面,重点介绍了基于静电吸附、疏水作用、化学键合、抗体结合、适体识别等原理的显现方法.最后,本文对手印纳米荧光显现技术的未来发展方向提出了展望.     

刺激响应型超分子凝胶

随着超分子化学的日益发展,刺激响应型超分子凝胶作为一种超分子材料受到人们广泛关注。超分子凝胶是由非共价键作用力自组装而成,基于这一特性,当超分子凝胶受到外界刺激（如温度、光、pH、化学物质、机械力等）时,该凝胶能够产生响应,如溶胶-凝胶转化、颜色变化或荧光变化等。刺激响应型超分子凝胶在离子识别材料、自修复材料、生物材料等领域展现出了非常好的应用前景。本文综述了近五年来刺激响应型超分子凝胶的研究进展,并根据刺激种类的不同,将超分子凝胶分为以下几类：热敏感型超分子凝胶、化学物质和pH响应型超分子凝胶、光敏感型超分子凝胶、氧化还原响应型超分子凝胶、机械力刺激响应型超分子凝胶和多重刺激响应型超分子凝胶。本文根据上述分类对超分子凝胶进行了介绍,同时对该研究领域作了展望。     

荧光双重敏感响应型水溶聚合物的合成及其发光性能研究

将丙烯酰氯与荧光素反应,合成出丙烯酸酯单体3-丙烯酰氧基荧光素(Ac-Flu),然后采用自由基溶液聚合法将Ac-Flu与丙烯酰胺(AM)共聚,制备得到含有荧光素生色团的水溶性荧光共聚物poly(Ac-Flu-co-AM).合成单体Ac-Flu和共聚物poly(Ac-Flu-co-AM)采用核磁(NMR),质谱(HR-MS),红外光谱(FTIR),示差扫描量热法(DSC),可见紫外分光光度仪(UV-Vis)等方法进行了结构表征,同时采用荧光光谱对共聚物poly(Ac-Flu-co-AM)的荧光极其荧光对温度和pH敏感响应性进行了测定研究.结果表明,poly(Ac-Flu-co-AM)的水溶液和薄膜在520 nm附近均具有较强的荧光发射.其中,水溶液荧光强度在0～60℃范围内随着温度的升高呈线性下降,表现出较好的温度敏感响应性质.同时,水溶液荧光强度在pH=4～10范围内随着碱性的增强而升高,表现出较好的pH敏感响应性质.     

金属离子/胆酸钠超分子水凝胶特殊温度响应性的机理研究

研究了胆酸钠溶液与金属离子溶液混合自组装而成的水凝胶随温度升高而机械强度增强的独特温度响应性. 利用透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)仪表征了水凝胶中聚集体的微观形貌及分子排列方式. 考察了其流变学行为、荧光性质随温度的变化. 结果表明,升温促进凝胶形成的速率, 并提高凝胶的机械强度. 随着温度的升高, 稀土离子的荧光强度显著增强. 表面张力测量表明, 胆酸钠溶液的临界胶束浓度随温度的升高而略有降低. 综合实验事实, 我们提出随温度升高导致的凝胶强度增强行为是由胆酸钠分子在高温下聚集能力增强的结果.