等离激元增强上转换发光及其分子检测应用

针对荧光分子检测普遍灵敏度低和检测范围窄的问题,制备了具有等离子激元共振特性的重掺杂半导体纳米结构Cu_2-xS和典型的稀土掺杂上转换发光纳米颗粒NaYF₄∶Yb,Er,通过三相界面自组装方法获得了Cu_2-xS/NaYF₄∶Yb,Er薄膜基底。结合有限元模拟,计算了不同摆放情况下Cu_2-xS周围的局域电场分布,研究了在实际薄膜中Cu_2-xS纳米盘之间产生的等离激元耦合对上转换发光性能以及对拉曼信号增强的影响。结果表明,Cu_2-xS等离激元层与NaYF₄∶Yb,Er发光层的耦合,不仅得到了上转换 3个数量级的提高,还实现了分子检测 10^-7 mol·L^-1的检测极限,并且获得了 10^-3~10^-7 mol·L^-1的宽线性响应,从而达到高灵敏度的定性和定量双功能的精确检测。     

等离激元增强上转换发光及其分子检测应用

针对荧光分子检测普遍灵敏度低和检测范围窄的问题,制备了具有等离子激元共振特性的重掺杂半导体纳米结构Cu_2-xS和典型的稀土掺杂上转换发光纳米颗粒NaYF₄：Yb,Er,通过三相界面自组装方法获得了Cu_2-xS/NaYF₄：Yb,Er薄膜基底。结合有限元模拟,计算了不同摆放情况下Cu_2-xS周围的局域电场分布,研究了在实际薄膜中Cu_2-xS纳米盘之间产生的等离激元耦合对上转换发光性能以及对拉曼信号增强的影响。结果表明,Cu_2-xS等离激元层与NaYF₄：Yb,Er发光层的耦合,不仅得到了上转换3个数量级的提高,还实现了分子检测10^-7 mol·L^-1的检测极限,并且获得了10^-3~10^-7 mol·L^-1的宽线性响应,从而达到高灵敏度的定性和定量双功能的精确检测。     

Ho3+/Yb3+共掺ZnO-Al2O3-GeO2-SiO2玻璃陶瓷的制备和上转换发光性质

综合ZnO-Al_2O_3-SiO_2系和锗酸盐玻璃陶瓷的优点,采用熔融-晶化法首次制备了Ho~(3+)/Yb~(3+)共掺以ZnAl_2O_4为主晶相的ZnO-Al_2O_3-GeO_2-SiO_2系玻璃陶瓷。因[GeO_4]四面体和[SiO_4]四面体都是玻璃网络形成体,讨论了GeO_2取代SiO_2对玻璃陶瓷样品硬度及发光性能的影响,最终确定GeO_2的取代量为10.55%(w/w)时,玻璃陶瓷综合性能最佳。在980 nm泵浦光的激发下,发现强的绿色(546 nm)和弱的红色(650 nm)上转换发光,并研究了不同Ho~(3+)/Yb~(3+)掺杂比对样品上转换发光的影响,最终结果表明当Ho~(3+)/Yb~(3+)掺杂比为1∶11(n/n)时样品荧光强度最强,在绿色上转换发光材料方面具有潜在的应用。     

Bi/Yb3+,Er3+:TiO2复合纳米纤维的合成及光催化产氢性能

以静电纺丝技术制备的稀土Yb~(3+)和Er~(3+)共掺杂TiO_2纳米纤维为基质,结合水热法合成了Bi复合Yb~(3+),Er~(3+)∶TiO_2纳米纤维光催化剂。以三乙醇胺为牺牲剂,研究了Bi/Yb~(3+),Er~(3+)∶TiO_2的紫外、可见、近红外和全谱光催化产氢性能。结果表明:全谱光照5 h,产氢速率达到1 650.3μmol·g~(-1)·h~(-1)。Bi作为一种新兴的非贵金属具有独特的等离子体光催化或辅助光催化性能,能与稀土元素丰富的能级结构和特殊的上转换发光特性相结合。对TiO_2进行双重协同修饰改性,可以有效提高TiO_2纳米纤维的光催化活性。     

焙烧温度和掺杂浓度对Ca1-xSmxWO4发光性能的影响

采用水热法制备了不同Sm~(3+)掺杂量和不同焙烧温度的CaWO_4:Sm~(3+)系列荧光粉。用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM and EDS)、荧光分光光度计(FL)、傅里叶变换红外光谱仪(FIIR)和HORIBA Fluoromax-4仪等手段对样品的组成、结构、形貌、发光性质和量子效率进行分析和表征。分析结果表明:所得产物都为白钨矿结构。在405 nm近紫外光激发下,产物的发射光谱都有3个主发射峰组成,分别位于566、606和650 nm处,归属于Sm3+的4G5/2→6HJ/2(J=5,7,9)跃迁。随着Sm~(3+)的物质的量分数的增加,样品发光强度先增强后减弱,当Sm~(3+)的物质的量分数为1%时发光强度达到最高。对实验数据进行分析确定了钐离子间的能量传递类型为离子交换作用;并计算了能量传递的临界距离为2.46 nm。     

CaSb2O6:Bi3+,Eu3+荧光粉的制备和发光性质

采用共沉淀法及1 200 ℃后续煅烧4 h,成功制备了CaSb₂O₆:Bi³⁺,Eu³⁺荧光粉,并对其结构及发光性能进行了研究。所制备荧光粉颗粒为六边形类圆饼状,平均尺寸在100~600 nm之间。对CaSb₂O₆:Bi³⁺,Eu³⁺发光的机理分析表明,Bi³⁺对Eu³⁺的发光存在高效的敏化与能量传递。当Bi³⁺和Eu³⁺的掺杂浓度分别为0.5%和8%,Eu³⁺位于580 nm(⁵D₀→⁷F₀ )处的荧光发射显著增强,Bi³⁺,Eu³⁺共掺样品的荧光强度是CaSb₂O₆:Eu³⁺的10倍左右。调节Bi³⁺/Eu³⁺离子掺杂比,色坐标呈现了从蓝、白光到红光的变化,表明该荧光粉可分别作为蓝或红色荧光粉使用,甚至可实现从蓝、白光到红光的自由调控,这为白光LED荧光粉的发展提供了参考。     

Ca9Y(PO4)7:Ce3+,Tb3+纳米荧光粉的制备及发光性能

采用水热法制备出Ca_9Y(PO4)7∶Ce~(3+),Tb~(3+)纳米荧光粉,通过XRD、SEM和荧光光谱等对样品进行了分析,研究在Ca_9Y(PO4)7基质中引入Ce~(3+),Tb~(3+)离子对发光性能的影响规律。研究发现因Tb~(3+)离子自身能量交叉驰豫的存在,使得单掺Tb~(3+)时,通过调节Tb~(3+)离子的浓度可以实现对发光颜色的控制。同时研究了Ce~(3+)-Tb~(3+)之间的能量传递为电多极相互作用的偶极-四极机制,Ce~(3+)-Tb~(3+)之间最大的能量传递效率为55.6%。Ca_9Y(PO4)7∶Ce~(3+),Tb~(3+)的发光颜色可以通过激活离子之间的能量传递和共发射得到可控调节。SEM分析表明荧光粉颗粒尺寸在100 nm左右,分散性好。     

Tm3+-Tb3+-Eu3+共掺含Na3Gd(PO4)2晶相荧光玻璃陶瓷的制备及发光性能

采用熔融晶化法制备Tm~(3+)-Tb~(3+)-Eu~(3+)掺杂含Na_3Gd(PO_4)_2晶相荧光玻璃陶瓷,并对其光学性能进行了研究。利用差示扫描量热分析(DSC)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等测试,确定了样品的晶相结构和最佳热处理条件(740℃/3 h)。在359 nm激发下,Tm_2O_3、Tb_4O_7、Eu_2O_3掺杂浓度(物质的量分数)分别为0.2%、0.2%、0.95%时,玻璃陶瓷的色度坐标为(0.333 2,0.318 8),接近标准白光(0.333,0.333)。结合荧光光谱和荧光衰减曲线分析,证实了样品中存在Tm~(3+)→Eu~(3+)、Tb~(3+)→Eu~(3+)的能量传递。     

WO3/YF3:Eu3+复合纳米材料的制备与发光性能

采用直接沉淀法制备了WO_3/YF_3∶Eu~(3+)复合纳米材料,并对其结构、组成、形貌和发光性能进行了研究。XRD分析表明:复合纳米材料由纳米粒子WO3和结晶良好的正交晶系的YF3∶Eu~(3+)组成。SEM照片表明:片状WO3颗粒表面沉积了分散性较好、粒径均匀(尺寸为10~50 nm)的YF3∶Eu3纳米颗粒。荧光光谱分析表明:该复合纳米材料具有良好的发光性,以593 nm附近的5D0→7F1磁偶极跃迁为最强发射峰,与纯的YF3∶Eu~(3+)相比WO_3/YF_3∶Eu~(3+)发光强度明显增强,表明具有表面等离子共振效应的WO3纳米粒子对壳层的YF3∶Eu~(3+)起到发光增强作用。     

Eu2+、Mn2+、Sr2+掺杂BaMgAl10O17的燃烧法合成及光致发光性能

在600℃温度下,采用液相燃烧法合成了Sr²⁺、Eu²⁺和Mn²⁺三掺的BaMgAl₁₀O₁₇（BAM）蓝绿荧光粉。用XRD、SEM和荧光光谱仪分别分析和表征该荧光粉的物相、形貌和光致发光性能。结果表明,液相燃烧法合成BAM的温度明显低于传统的高温固相合成法;合成的纳米棒均匀、无团聚现象;荧光光谱仪分析表明Eu²⁺、Mn²⁺离子间存在能量传递,且Sr²⁺能有效提高BAM的发光强度,约为固相法制备荧光强度的1.8倍。BAM：0.1Eu²⁺,0.04Mn²⁺,0.05Sr²⁺色坐标为（0.146,0.250）,属于蓝绿光。     

MgAl2O4∶Er^3+,Yb^3+荧光粉的制备及其上转换发光性能

以尿素为沉淀剂,采用低温水热法结合煅烧过程制备出MgAl2O4∶Er^3+,Yb^3+上转换荧光粉,并对样品的结构、微观形貌及上转换发光性能予以表征。结果表明,随尿素加入量的增大,产物主形貌由六角片状结构向纳米棒状转变,经1100℃煅烧可得纯相镁铝尖晶石结构,且Er^3+和Yb^3+能有效进入MgAl2O4晶格并占据Mg^2+位置形成均匀固溶体。在980 nm光激发下,MgAl2O4∶1.0%(n/n)Er^3+,x%(n/n)Yb^3+(x=0~8.0)荧光粉表现出在524、545 nm处绿光以及658 nm处的强红光发射,红绿光强度均在5.0%(n/n)Yb^3+掺杂时达到最大,但红绿光强度比却在7.0%(n/n)Yb^3+掺杂时达到最大值5.2,这归因于Er^3+-Er^3+之间交叉弛豫(CR)在红光发射过程中所起的重要作用。通过控制荧光粉中Yb^3+的掺杂量,能初步实现对于黄绿光色度的有效调控。     

Upconversion Luminescence Properties of a LiNb0.3Ta0.7O3:Er3+,Yb3+ Ceramic

A co-doped LiNb_0.3Ta_0.7O₃:Er³⁺,Yb³⁺ ceramic was prepared by a high temperature solid state procedure. Under the excitation of 980 nm laser radiation, intense 660 nm red light and 550 nm green light emissions corresponding to the ⁴F_9/2→⁴I_15/2 and ²H_11/2/⁴S_3/2→⁴I_15/2 transitions of Er³⁺ were observed. The change of Yb³⁺ concentration has a more significant influence on luminous intensity than the Er³⁺ concentration. The emission of red and green lights is attributed to a two-photon process. The upconversion luminescence mechanisms were analyzed in detail.     

橙红色荧光粉Ca1-x-ySmxBiySiO3的制备及其发光性能

以Sm³⁺作为激活剂,Bi³⁺作为辅助激活剂,采用水热法合成Ca_1-x-ySm_xBi_ySiO₃前驱体,然后在1 100 ℃焙烧得到系列橙红色荧光粉.用X-射线衍射仪、扫描电镜和荧光分光光度计和傅里叶变换红外光谱等手段对样品的组成、结构和形貌及其发光性质进行分析和表征.分析结果表明：产物都为三斜晶系结构的Ca_1-x-ySm_xBi_ySiO₃和四方结构的方石英SiO₂共熔体.在405 nm近紫外光激发下,产物的发射光谱由3个峰组成,发射峰值位于566、606和650 nm处,分别归属于Sm³⁺的⁴G_5/2→⁶H_J/2(J=5,7,9)跃迁.产物的激发光谱在405 nm有很强的发射带,与近紫外LED芯片匹配.随着Sm³⁺掺量的增加,样品发光强度先增强后减弱,当Sm³⁺的物质的量分数为3%时发光强度达到最大,浓度猝灭机理为电偶极-电偶极相互作用.当Bi³⁺的物质的量分数在0.3%~1.5%时,对产物Ca_0.97Sm_0.03SiO₃的荧光强度起敏化作用.Sm³⁺和Bi³⁺的最佳物质的量分数分别为3%和0.5%.     

橙红色荧光粉Ca_(1-x-y)Sm_xBi_ySiO_3的制备及其发光性能

以Sm3+作为激活剂,Bi3+作为辅助激活剂,采用水热法合成Ca1-x-ySmxBiySi O3前驱体,然后在1 100℃焙烧得到系列橙红色荧光粉。用X-射线衍射仪、扫描电镜和荧光分光光度计和傅里叶变换红外光谱等手段对样品的组成、结构和形貌及其发光性质进行分析和表征。分析结果表明:产物都为三斜晶系结构的Ca1-x-ySmxBiySi O3和四方结构的方石英Si O2共熔体。在405 nm近紫外光激发下,产物的发射光谱由3个峰组成,发射峰值位于566、606和650 nm处,分别归属于Sm3+的4G5/2→6HJ/2(J=5,7,9)跃迁。产物的激发光谱在405 nm有很强的发射带,与近紫外LED芯片匹配。随着Sm3+掺量的增加,样品发光强度先增强后减弱,当Sm3+的物质的量分数为3%时发光强度达到最大,浓度猝灭机理为电偶极-电偶极相互作用。当Bi3+的物质的量分数在0.3%~1.5%时,对产物Ca0.97Sm0.03Si O3的荧光强度起敏化作用。Sm3+和Bi3+的最佳物质的量分数分别为3%和0.5%。     

试验优化设计Er3+-Yb3+共掺杂Gd2Ti2O7上转换发光特性

采用溶胶-凝胶(Sol-gel)法制备了Er~(3+)-Yb~(3+)共掺杂Gd2Ti2O7纳米晶粉末,通过试验优化设计的理论建立了Er~(3+)-Yb~(3+)掺杂浓度与发光强度的回归方程,利用遗传算法优化计算出方程的最优解Er~(3+)、Yb~(3+)掺杂浓度分别为5.60%(物质的量分数)和13.43%。Er~(3+)-Yb~(3+)共掺杂Gd2Ti2O7纳米晶粉末为单一面心立方Gd2Ti2O7相结构,随Yb~(3+)共掺杂浓度增加,X射线衍射峰逐渐向高角偏移。在976 nm激光激发下,Er~(3+)-Yb~(3+)共掺杂Gd2Ti2O7获得了分别对应于Er~(3+)的2H11/2/4S3/2→4I15/2和4F9/2→4I15/2跃迁的绿色和红色上转换发光,且绿色和红色发光均为双光子吸收过程。研究了最优样品上转换发光与温度之间的关系,发现绿色上转换发光具有优良的温度传感特性,对红色上转换发光的温度猝灭进行了解释。     

水热合成稀土氟化物材料YLiF4∶Yb,Tm的上转换发光特性

利用水热法合成了掺杂Tm3 和Yb3 的YLiF4材料, 并研究了Tm3 和Yb3 在材料中的光吸收, 以及980 nm红外光激发下不同Tm3 浓度掺杂下的上转换发光特性. 实验发现, 在980 nm激光激发下, 材料可发出可见光. 上转换发光光谱中包括蓝光和红光. 与蓝光相比, 红光强度要弱1～2个数量级. 上转换发光强度和浓度关系研究显示, 当Tm3 浓度为0.3% (摩尔分数)时上转换发光达到最强, 大于0.3% (摩尔分数)后发光开始减弱. 通过分析输出光强与泵浦功率的双对数曲线, 发现Tm3 的蓝光发射和红光发射均属于双光子过程.     

基于NaYF_4∶Yb~(3+),Er~(3+)上转换发光纳米晶的复合微球组装及其光动力活性

采用微乳液法,以NaYF4∶Yb3+,Er3+纳米晶为发光基元,肽菁锌(Zn Pc)光敏分子与十八碳烯-马来酸酐共聚物(PMAO)为功能分子,一步组装获得了NaYF4-Zn Pc-PMAO复合微球,此微球同时具备成像与光动力活性功能,NaYF4可作为低生物背景的荧光成像剂,同时其上转换发光可以敏化Zn Pc用于光动力活性研究,PMAO分子经过简单的水解反应即可实现表面羧基功能化。TEM,Zeta电位与PL测试证实了微球的结构与性能。利用荧光共聚焦成像技术实现了对Hela细胞的发光成像;进一步通过单线态氧监测及980 nm光照下的MTT法细胞活性测试表明微球具有光动力活性功能。