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。     

稀土纳米晶的上转换发光调控研究进展EI北大核心CSCD

近年来,将近红外光转换为短波长的可见或近红外光的稀土纳米晶上转换发光研究吸引了生物成像、纳米温度传感、太阳能电池等领域研究者的广泛关注。面向多领域的应用需求,稀土纳米晶上转换发光需提高其发光强度、发光波长以及激发波长的选择性。本文综述了纳米尺度上,通过组成、结构以及核壳结构的设计,在理解上转换发光过程的能量传递路径和上转换发光过程的基础上,提高对上转换发光的颜色、各跃迁的比例以及发光强度、发光寿命等调控的研究进展。此外,还关注了纳米晶与贵金属表面电场、表面有机分子以及环境温度的耦合在提高辐射跃迁几率、减少无辐射能量损失等方面提高其上转换发光强度的研究发展趋势。     

上转换发光量子点

光子上转换是一种重要的非线性反斯托克斯发光现象,在激光、显示、光伏、信息安全以及生物成像与诊疗等领域具有应用前景.与研究较多的有机分子三重态-三重态湮灭和稀土掺杂纳米颗粒上转换发光材料相比,上转换量子点可以在宽光谱激发范围内实现上转换发光,具有频谱吸收宽、发光效率高、近红外可吸收、能带可调、尺寸小以及稳定性高等特点,引...     

光子晶体对稀土上转换发光的调控

稀土掺杂上转换材料由于其高化学稳定性、低生物毒性,在发光显示、防伪和生物成像等领域得到了广泛的应用。稀土掺杂上转换材料的基质晶格和掺杂离子决定着其发光强度和颜色。光子晶体(PCs)是折射率不同的材料在空间周期性排列形成的有序结构,其最显著的特征是具有光子禁带(PBG)。波长位于光子禁带内的光不能透过光子晶体而被反射回来,因而光子晶体具有优异的光调控能力。本文综述了一维、二维和三维光子晶体对稀土上转换发光调控的进展,介绍了利用光子禁带与上转换荧光发射峰的相对位置对发光进行控制的方法。重点从蛋白石结构和反蛋白石结构两个方面论述了三维光子晶体对上转换发光的调控:对于反蛋白石光子晶体,综述了利用上转换材料构筑反蛋白和利用其他材料构筑反蛋白,通过布拉格反射调控上转换材料的发光;对于蛋白石光子晶体,论述了利用不同折射率胶体微球构筑三维光子晶体对稀土上转换发光进行调控。最后总结了利用等离子体共振和光子禁带共同作用调控上转换发光的研究现状,并展望了利用光子晶体调控上转换发光的发展方向。     

稀土离子在KMnF3纳米晶复合玻璃中的微观分布机理

具有单(纯)色上转换荧光发射特性的发光材料,有望在三维显示、照明、生物成像、促进植物生长以及提高太阳能电池光电转换效率等领域得到应用,受到研究人员的广泛关注.本研究通过玻璃热处理析晶的方法,在稀土离子Yb³⁺/Er³⁺共掺的氟硅酸盐玻璃中原位生长出了钙钛矿型的KMn F₃氟化物纳米晶体,并观测到了显著增强的高单色性上转换红色发光.采用具有高分辨率的透射电子显微测试分析技术和第一性原理计算相结合,研究了稀土离子在KMn F₃纳米晶复合微晶玻璃中的掺杂机制,并讨论了稀土离子微观分布和能量传递效应对其上转换发光性能的影响.实验结果表明:稀土离子将通过优先取代KMn F₃晶体中K~+格位的方式选择性富集在具有低声子能量的氟化物纳米晶体中,并由此获得显著增强的上转换发光强度.     

稀土上转换荧光材料的发光性质调变及其应用

稀土上转换荧光材料因为其独特的4f电子能级排布所带来的特殊光学、磁性等物理性质而受到研究人员的广泛关注。特别是其独特的反斯托克斯光学性质所带来的近红外激光响应及紫外至近红外光区内丰富的荧光发射性质,更是被认为在荧光标记、生物成像、光学分析等领域具有重大的应用潜质。近些年,伴随材料软化学制备方法的进步,稀土上转换纳米材料的发光性质及其在多个领域内的应用研究取得了很大的进展。本文主要对稀土上转换荧光材料的发光性质调变及其在生物成像以及癌症治疗领域的应用研究进展加以阐述。     

改变激发环境调控Ho3+离子的上转换发光特性

稀土掺杂上转换发光材料的发光特性不仅依赖于基质材料本身,而且与其激发条件密切相关.本文主要是以Ho^3+离子为研究对象,在NaYF4和LiYF4这两种不同的基质中,研究其在不同激发条件下的上转换发光特性.通过共聚焦显微光谱测试系统,对比Ho^3+离子在NaYF4和LiYF4微米晶体中的发光特性.实验结果发现:Ho^3+离子在这两种不同基质中均展现出较强的荧光发射.然而,当激发功率增加时,在单颗粒个LiYF4微米晶体中,当激发功率增加时,Ho^3+离子则发射出较强绿光及微弱的红光,红绿比变化并不明显,其蓝光发射强度也相对较弱.当激发这两种微米粉末晶体时,结果发现:Ho^3+离子均发射较强的绿光发射并伴有微弱红光发射,两种晶体中的发射特性极其相似.由此可见,在常规测试条件下,一些特殊发光现象是很难被观测到的.同时,通过对其光谱特性的分析,对Ho^3+离子的发光机理进行了研究.     

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。     

钕有机框架配合物Nd(BTC)的双光子上转换荧光

稀土上转换荧光材料和金属有机框架配合物是材料学、化学等学科近年来的两大研究热点,引起了广泛的研究关注。其中,基于稀土元素Nd3+的配合物是目前较为普遍的上转换荧光材料。文章表征了通过溶剂热法合成的稀土有机框架配合物Nd(BTC)的吸收和荧光等光谱性能,发现在808 nm的激光激发下,Nd(BTC)的荧光峰位于1 064 nm左右;在580 nm的激光激发下,获得了位于450 nm左右的上转换荧光峰,其上转换发光机理可归结于激发态吸收和能量传递上转换。上述结果表明,该框架配合物可作为一种上转换发光材料,有望应用于生物荧光标记、荧光显示等多个领域。     

稀土发光材料亟需技术和应用双驱协同创新

稀土发光材料是照明、显示和信息探测器件的核心组成部分。中国已经连续多年成为稀土发光材料生产和消费第一大国。本文重点介绍了稀土发光材料发展现状,指出了其在超高色域显示、全光谱健康照明和荧光转换型近红外光源等领域的发展趋势,并针对目前我国稀土发光材料领域存在的原始创新能力不足、目标导向性差、产学研协同创新乏力等核心问题,提出通过集聚优势力量搭建协同创新技术平台,以技术创新和终端应用需求为双驱动力,实现从“跟并跑”到“领跑”的跨越之路。     

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。     

一维NaYF4∶Er/Yb微米棒中上转换荧光的输运特性

稀土掺杂上转换(upconversion,UC)发光材料是一种把两个或多个长波长、低能量的近红外光子转换成一个短波长、高能量的可见或紫外光子的发光材料。由于其锐线发射、长寿命和无背底荧光等特性,在生物成像、检测与治疗、太阳能电池、药物输送和光催化等诸多领域具有极大的应用价值。目前,NaYF4∶Yb^3+/Er^3+微/纳晶体是公认的最重要的上转换发光材料之一,其相关的上转换发光机理、制备方法、光谱调制以及实际应用方面均已被科学家们进行了大量的研究。然而,荧光效率低这一严重问题一直制约着上转换发光材料实际应用的进程。另外,关于单颗粒上转换NaYF4∶Yb^3+/Er^3+微/纳晶体中荧光的产生、输运和耦合特性还不清楚。一维微/纳材料作为一种二维受限体系,为研究电子和光子的输运特性提供了一个理想模型。通过柠檬酸钠辅助的水热法合成了长径比可控的一维NaYF4∶Yb^3+/Er^3+微米棒和一维NaYF4∶Yb^3+/Er^3+@NaYF4∶Yb^3+/Tm^3+核-壳棒结构。采用激光共聚焦激发系统,在单颗粒一维NaYF4∶Yb^3+/Er^3+微米棒中,通过控制棒的长径比、激发方式和制备特殊的核-壳结构等方式,研究了荧光的产生和同步荧光图案,揭示了在一维棒结构中荧光光线的输运模式为:垂直于棒轴方向的荧光沿棒横截面的戒指形谐振腔趋肤传播和近似沿棒轴方向的荧光在棒介质中反复全反射以波导方式输运至棒端后靶向输出;在NaYF4∶Yb^3+/Er^3+@NaYF4∶Yb^3+/Tm^3+核-壳一维棒结构中,在单一波长激发下,获得了源自单颗粒的Tm^3+的蓝色和Er^3+绿色特征发射。采用点激发方式激发一维核-壳微米棒样品一端时,呈强烈蓝色荧光空间不对称的哑铃状分布,且中间出现了微弱绿色荧光,构筑出单颗粒单一波长激发下的局域色彩调制发射,并为微量稀土发光中心局域掺杂的检测提供了一种途径。在波导激发和点激发方式下,在对单颗粒一维NaYF4∶Yb^3+/Er^3+和NaYF4∶Yb^3+/Er^3+@NaYF4∶Yb^3+/Tm^3+核-壳微米棒的荧光产生和输运的调制中,实现了对离子荧光发射颜色的控制,并揭示了荧光在一维棒中传输耦合过程中,沿棒长模式荧光比沿径向模式荧光更容易传输耦合。该研究的一维棒荧光的输运和耦合特性,暗示了其在光子耦合器件、上转换波导激光以及荧光成像方面的潜在应用。     

Yb~(3+)/Tm~(3+)共掺杂Sb_2O_4荧光粉的制备及上转换发光性质研究

高温固相法制备了Yb3+/Tm3+共掺的Sb2O4发光粉体,研究了其上转换发光性质。在980nm半导体激光器的激发下,样品发射较强的近红外(800nm)和较弱的蓝色(480nm)及红色(680nm)上转换发光。粉末样品中稀土Yb3+及Tm3+浓度对上转换发光性质具有显著的影响,随着Yb3+或Tm3+浓度的增加,上转换发光增强;Tm3+掺杂浓度达0.8%时其上转换发光强度达到最大,之后上转换发光随Tm3+浓度的增加而减弱,这是由于浓度猝灭引起的。探讨了粉末样品的上转换发光机理,在980nm激发下Tm3+的蓝光和近红外上转换发光均属于二光子的上转换发光过程。     

Eu3+/Dy3+共掺Sr3Y2(BO3)4荧光粉的发光性质研究

稀土掺杂发光材料一直是科研领域研究的热点,被广泛应用于白光LED、温度传感、显示显像、新能源和激光等领域。基质的结构对于稀土离子光致发光特性有非常重要的影响,在众多发光基质材料中,硼酸盐具有透光范围宽、光学损伤阈值高、较好的热稳定性和化学稳定性等优点。碱土-稀土金属硼酸盐Sr₃Y₂(BO₃)₄具有出色的光学性能,对其发光性能的研究具有重要意义。稀土离子Eu³⁺具4f⁶电子层,是一种典型的下转换发光中心离子,常被选作红色发光材料的激活剂。Dy³⁺具4f⁹电子层,也是一种典型的下转换发光中心离子,在紫外光激发下,在蓝色光区和橙色光区有较强的荧光发射。采用高温固相法合成了Sr₃Y₂(BO₃)₄∶Eu³⁺/Dy³⁺荧光粉,通过XRD和SEM对样品的结构和形貌进行了表征,XRD结果表明,1 0...     

稀土离子的上转换发光及研究进展

稀土离子的上转换发光由于其在短波长激光器方面的潜在应用而受到了广泛的重视,本文总结了稀土离子中常见的几种不同的发光机制,分析了几种常见稀土离子在不同的泵浦方式下的发光方式,讨论了稀土离子上转换发光对基质成分的依赖性及其研究进展,并对稀土离子上转换发光的研究及应用进行了展望。     

基于稀土上转换纳米荧光探针的肿瘤标志物体外检测（英文）

肿瘤标志物的超敏特异性检测对肿瘤患者的早期诊断和治疗以及增加其存活率具有重要的意义。作为新一代的纳米荧光探针,稀土掺杂上转换纳米晶具有独特的近红外激发的反斯托克斯上转换发光以及长荧光寿命等特征,被认为是有机染料、稀土螯合物、量子点等传统荧光探针在肿瘤早期诊疗领域最有应用前景的替代者。本文从上转换纳米荧光探针最基础的物理化学性质如控制合成、表面修饰以及发光物理出发,系统综述了该类材料在肿瘤标志物上转换体外检测方面的最新进展,并对其未来的发展趋势与努力的方向作了进一步的远景展望。     

Tm3+和Er3+共掺杂氟氧化物玻璃陶瓷材料结构和上转换发光性质的研究

报道了一种新的上转换氟氧化物玻璃陶瓷材料,组份为65GeO2-25NaF-10BaF2(MFG)。研究了Tm^3 和Er^3 共掺MFG玻璃陶瓷中的发光性质。通过X射线衍射和Raman散射分析了MFG玻璃陶瓷的结构性质。分别测量了Tm^3 和Er^3 共掺MFG玻璃及玻璃陶瓷和Er^3 单掺MFG玻璃中的红外发射谱（λex=488nm)和上转换发射谱（λex=978nm)。给出了稀土离子掺入微晶的证据;（1）和MFG：1mol%Tm^3 、2mol%Er^3 玻璃相比,在978nmLD激发下,MFG：1mol%Tm^3 、2mol%Er^3玻璃陶瓷中红色上转换发光大大增强,红不与绿光的比值大大提高。（2）在488nm激光激发下,玻璃陶瓷样品中Tm^3 离子1．7μm左右的发射光谱明显窄化。最后讨论了玻璃陶瓷这种结构上转换发光的影响和其在上转换发光及光通信中的应用潜力。     

稀土离子的上转换发光及研究进展

稀土离子的上转换发光由于其在短波长激光器方面的潜在应用而受到了广泛的重视，本文总结了稀土离子中常见的几种不同的发光机制，分析了几种常见稀土离子在不同的泵浦方式下的发光方式，讨论了稀土离子上转换发光对基质成分的依赖性及其研究进展，并对稀土离子上转换发光的研究及应用进行了展望。     

Yb~(3+)-Er~(3+)共掺杂的氟化物材料中激发功率对上转换发射光谱性质的影响

用固相法合成了Er3+和Yb3+共掺的LaF3及NaYbF4上转换发光粉末样品材料,研究了激发功率对室温上转换发光性质的影响,重点研究了红光发射增强现象,并探讨了获得红色上转换发光的条件。实验结果表明:在980 nm半导体激光激发下,Er3+和Yb3+共同掺杂的不同氟化物样品材料能够展示比较明亮的红色和绿色发光,激发功率密度对该类材料的上转换红色发射光谱性质能够产生明显的影响。基于上转换发光机制,提出了能量传递的红色上转换发射过程,并借助于一个示意性的能级图解释了所观测到的红色上转换发射增强现象。     

构建垂直金纳米棒阵列增强NaYF_4:Yb~(3+)/Er~(3+)纳米晶体的上转换发光

以金纳米棒垂直阵列(gold-nanorods vertical array, GVA)为衬底, SiO_2为隔离层,构建GVA@SiO_2@NaYF_4:Yb~(3+)/Er~(3+)纳米复合结构.在近红外980 nm激发下,通过改变中间隔离层SiO_2的厚度,研究GVA对NaYF_4:Yb~(3+)/Er~(3+)纳米晶体上转换发光的调控规律.实验结果表明,当SiO_2层的厚度增大至8 nm时, Er~(3+)离子整体的上转换发射强度增大近8.8倍,且红光强度增强尤为明显,约为16.2倍.为了进一步证实GVA对Er~(3+)离子红光发射的增强效果,以红光发射为主的NaYF_4:40%Yb~(3+)/2%Er~(3+)纳米晶体为对象展开研究,发现Er~(3+)离子红绿比由1.84增加到2.08,证实该复合结构更有利于提高红光的发射强度.通过对其光谱特性、发光动力学过程的研究并结合其理论模拟,证实了上转换发光的增强是由激发与发射增强共同作用,而激发增强占据主导地位.采用该套复合体结构实现上转换荧光发射的增强,不仅有效地利用了贵金属的等离激元共振特性,而且对深入理解等离激元增强上转换发光的物理机理提供理论依据.