棒状结构NaGdF_(4):Yb^(3+),Er^(3+)上转换发光性能的研究

以乙二胺四乙酸二钠(EDTD-2Na)为螯合剂,采用水热法合成了棒状结构的NaGdF_(4):Yb^(3+),Er^(3+)纳米粉末。分别借助X射线衍射(XRD)、荧光光谱仪(PL)和扫描显微镜(SEM)对其晶体结构、发光强度和表面形貌进行分析和表征。探究了稀土前驱体、水热温度和水热时间的实验条件对NaGdF_(4):Yb^(3+),Er^(3+)纳米粉末上转换发光强度的影响;研究了氟源和钠源对NaGdF_(4):Yb^(3+),Er^(3+)晶体形貌和上转换发光强度的改善;同时,采用煅烧处理的方法,进一步探究样品的形貌和发光强度收到的影响。实验结果表明NH4F与NaOH作为氟源和钠源及200℃煅烧1 h得到的棒状结构NaGdF_(4):Yb^(3+),Er^(3+)的发光强度最好,色坐标(CIE)绿色发光强度从84%提升到94.88%。

稀土上转换发光材料的设计及在光动力治疗中的应用研究进展

作为一种新兴的无创治疗方法,光动力治疗在癌症治疗方面具有副作用小、累积毒性小、有效杀伤肿瘤以及精准的靶向治疗而不损伤邻近组织等优势,是理想的癌症治疗方法之一。本文首先简要概括了光动力治疗的机理、基本要素以及细胞作用机制,讨论了稀土上转化发光材料的设计特点以及光动力治疗对上转化发光材料的要求,进一步详述了上转换发光纳米材料、光敏剂以及靶向体的材料结合方式和应用效果,最后综述了光动力治疗和放疗、化疗及光热治疗相结合的协同治疗的进展。

掺杂Li^(+)的NaGdF_(4)∶Yb^(3+)/Eu^(3+)上转换发光增强及防伪应用

稀土发光材料由于其良好的上转换发光性能已经逐渐成为荧光防伪领域的研究热点。首先采用水热法合成了一系列不同Li^(+)掺杂浓度的NaGdF_(4)∶Yb^(3+)/Eu^(3+)晶体,利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、上转换发射光谱测试等表征方法,对样品的形貌、尺寸和上转换发光性能进行了分析,并选择发光强度和效果最好的晶体应用于防伪识别。实验结果表明,NaGdF_(4)∶Yb^(3+)/Eu^(3+)/Li^(+)的XRD衍射图谱与标准六方相NaGdF4的衍射峰一致,衍射峰尖锐且没有杂峰,证明合成了高纯度高结晶度的NaGdF4∶Yb^(3+)/Eu^(3+)/Li^(+)晶体。晶体的SEM图可以看出生成的样品为纯六方相,分布均匀,无团聚现象。共掺Yb^(3+)/Eu^(3+)/Li^(+)对晶体的结构、形貌、尺寸几乎没有影响。从上转换发射光谱可以看出,15 mol%Li^(+)掺杂的NaGdF4∶Yb^(3+)/Eu^(3+)晶体绿色发光强度是未掺杂Li^(+)的样品的6倍。考察了980 nm激光器的功率变化对未掺杂Li^(+)以及掺杂15 mol%Li^(+)样品的上转换发光性能的影响,发现随着激发功率从0.8 W增加到2.2 W的过程中,上转换发光强度逐渐增强。拟合后得到样品上转换过程中的所需光子数n值接近于2,为双光子发光过程。对NaGdF4∶Yb/Eu/Li进行了荧光寿命测试,5D_(1)能级的荧光寿命是未掺杂的1.4倍。最后,将形貌均匀、发光强度强的NaGdF_(4)∶0.2Yb/0.02Eu/0.15Li制成防伪油墨,通过丝网印刷技术在纸张、玻璃、塑料等材料上印刷荧光防伪图案。在980 nm激光的泵浦下,防伪图案发出明亮的绿光。在自然环境下,纸张上的防伪图案有很好的隐蔽性。图案中的“safe”字样长度为5.5 mm,字母间距为0.5 mm,在980 nm激光的泵浦下,仍然可以分辨清楚。将印制有防伪图案的塑料暴露在室外自然环境下一个月,图案没有明显改变。表明NaGdF_(4)∶0.2Yb/0.02Eu/0.15Li制成的防伪图案分辨率高,易于识别,受环境影响小,在防伪识别方面具有良好的应用前景。

基于阳极氧化铝模板增强NaYF4:Yb^(3+)/Er^(3+)上转换发光研究

采用共沉淀法制备了Yb^(3+)/Er^(3+)共掺杂的稀土掺杂上转换纳米晶.并对样品的相结构和形貌进行表征.结果表明:制备的NaYF_(4):Yb^(3+),Er^(3+)具有六方晶相,形貌均一.利用两步阳极氧化法制备了阳极氧化铝模板.通过扫描电子显微镜对样品形貌进行表征,结果表明:制备的阳极氧化铝模板周期性良好,孔径均一.在近红外980 nm激发下,阳极氧化铝模板实现了对上转换纳米晶发光强度的增强,使NaYF_(4):Yb^(3+),Er^(3+)的红绿光发射强度分别增强了4.4倍和9.0倍.运用时域有限差分法探究其增强机制,结果表明主要增强机制为阳极氧化铝模板的局域表面等离子共振效应.接着探究了不同入射角度下模板的发光强度,发现随着入射角度的增大,上转换纳米晶红绿光的发光强度均先减小后增大.本研究为上转换纳米晶在防伪领域和太阳能电池领域的应用提供了参考.

上转换发光纳米材料对钙钛矿太阳能电池迟滞效应和离子迁移动力学的影响

迟滞效应是影响钙钛矿太阳能电池性能和稳定性的重要问题,离子迁移和由此产生的界面离子积累是引起迟滞效应最重要的原因之一。本研究采用上转换发光纳米材料(Upconversion Luminescent Nanoparticles,UCNP)修饰电子传输层/钙钛矿活性层的界面及本征钙钛矿活性层,系统探究了UCNP对钙钛矿的形貌、结构、光谱/光电性能和离子迁移动力学的影响。结果表明:钙钛矿活性层经过UCNP修饰后器件的光电转换效率(Power Conversion Efficiency,PCE)最佳(16.27%),而且迟滞因子(Hysteresis Factor,HF)得到显著改善(0.05)。进一步采用回路切换瞬态光电技术系统探究了钙钛矿太阳能电池不受光生载流子干扰的离子迁移动力学过程,证明UCNP在光电转换过程中起到抑制离子累积和迁移的双重作用:一方面UCNP可以形成阻隔层,阻碍离子累积;另一方面,UCNP可以在退火过程中进入到钙钛矿体相晶界处,阻碍离子迁移,使恢复电压从0.43 V降低到0.28 V。极化诱导缺陷态模型解释了离子-载流子相互作用机制,阐释了UCNP抑制钙钛矿光伏器件迟滞效应的机理。本研究可以为调控钙钛矿太阳能电池迟滞提供一种有效的解决方案。

基于高温HF/H_(2)法的YF_(3)∶Yb^(3+),Er^(3+)上转换发光性能增强研究

近年来,稀土材料因其独特的上转换光致发光特性备受关注。采用共沉淀法制备了掺杂Yb^(3+)和Er^(3+)的YF_(3)上转换发光材料。为了提高晶体结晶度和消除氧杂质的影响,采用500℃高温和HF/H_(2)气氛进行脱水除氧处理。通过X射线衍射(XRD)、氧分析仪、红外吸收光谱和荧光光谱等手段进行全面表征。结果表明:经过HF/H_(2)气氛高温脱氧处理的样品具有更高的结晶度和更优异的发光性能,表现出更高的量子产率。揭示了氧杂质对YF_(3)∶Yb^(3+),Er^(3+)上转换发光材料性能的负面影响,而采用高温HF/H_(2)气氛处理是提高发光性能的有效途径,为类似发光材料的研究提供了新思路。

Li^(+)增强NaGd(WO_(4))_(2)∶Yb^(3+)/Er^(3+)荧光粉的上转换发光和温度传感性能

采用水热法制备了NaGd(WO_(4))_(2)∶0.05Yb^(3+)/0.005Er^(3+)/xLi^(+)(x=0,0.01,0.02,0.03,0.05)荧光粉。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和光致发光(PL)谱等手段分析了样品的晶体结构、形貌和上转换发光性能。结果表明,Li的掺杂并未改变NaGd(WO_(4))_(2)∶Yb^(3+)/Er^(3+)荧光粉的四方相晶体结构,但在波长980nm激光二极管(LD)激发下,样品的上转换发光强度发生明显改变。随着x的增加,Er^(3+)的绿光和红光发光强度均呈现先升高后降低的趋势,当x=0.03时,发光强度达到最大值。上转换发光强度与泵浦功率的依赖关系表明,绿光和红光发射都属于双光子吸收过程。此外,采用基于Er^(3+)热耦合能级的荧光强度比(FIR)测温技术,研究了+NaGd(WO_(4))_(2)∶0.05Yb^(3+)/0.005Er^(3+)/0.03Li^(+)荧光粉在298~573K温度范围内的温度传感性能。该结果表明NaGd(WO_(4))_(2)∶0.05Yb^(3+)/0.005Er^(3+)/0.03Li^(+)荧光粉相对灵敏度(SR)在298K时达到最大值0.0119K^(-1),表明其在光学温度传感领域具有潜在的应用价值。

核壳结构上转换发光纳米粒子的合成及用于细胞色素C的检测

本工作合成了三层核壳结构的上转换发光纳米粒子,其中第一层是惰性核,第二层为发光层,为了增强上转换发光强度,又在表面包覆了第三层惰性壳层。该材料粒径均一、分散性良好,其发光层厚度约为2.4nm,惰性壳层厚度约为2.9nm。在其表面修饰了细胞色素C的适配体链及互补链,在适配体的3’端修饰了BHQ3基团,能够猝灭上转换纳米粒子在655nm波长处的发光。当细胞色素C存在时,适配体与细胞色素C结合从而离开其表面,使655nm处的发光恢复。在检测过程中,540nm处的发光强度不会发生变化,可以用作细胞色素C的比率荧光检测。结果表明,当细胞色素C浓度在5~80μmol/L范围时,发光信号恢复程度与细胞色素C浓度呈线性相关,相关系数为0.998,检出限为1μmol/L。所建立方法可为细胞色素C的荧光检测提供一种新的技术思路。

Lu^(3+)对Er_(2)Mo_(4)O_(15):Tm^(3+)功率响应上转换发光色度的影响

在前期报道的Er_(2)Mo_(4)O_(15):4%Tm^(3+)体系中,通过引入惰性的Lu^(3+)对Er^(3+)进行格位替换,使得功率响应的色度调控能力实现31.5%的提升.机理研究表明,当Lu^(3+)掺杂时,晶胞收缩使得Er^(3+)-Tm^(3+)耦合加强,处于^(4)I_(11/2)能级的电子被更多地以Er^(3+)→Tm^(3+)→Er^(3+)的方式选择性布居红光发射能级,从而使得低功率时的I_(R)/I_(G)增大.由于增强的Er^(3+)-Tm^(3+)耦合使得功率项系数增大,所以IR/IG表现出更好的功率响应特性.该研究报道了一种精细调控Er^(3+)-Tm^(3+)耦合的策略,可为功率响应变色上转换发光的设计提供参考.

稀土掺杂上转换发光材料的研究进展

上转换发光,一种呈现反斯托克斯位移特性的发光现象,主要通过稀土元素制备的材料来实现。本文深入探讨了稀土掺杂上转换材料的发光机理,概述了常用的制备技术,并全面评述了其在生物医学、防伪技术、信息存储等多个领域的现有应用,同时展望了其在工程领域的潜在应用前景。尽管上转换发光纳米材料在功能多样性方面表现出远超块状材料的显著优势,但其合成产率和发光效率仍存在挑战,处于相对较低水平。逐步攻克这些难题,将有助于进一步拓宽上转换发光材料的应用领域。

溶剂热法制备K2GdF_(5):Yb^(3+)/Er^(3+)的上转换发光性能研究

以油酸,正己醇为溶剂体系,采用溶剂热法制备出Yb^(3+)/Er^(3+)共掺杂的K_(2)GdF_(5)上转换发光材料。通过改变KF的投料比确定合成纯相K_(2)GdF_(5)时最佳的比例。借助X-射线粉末衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM)和荧光光谱仪(F-4600)对样品的结构,形貌和发光性能进行测试。结果表明当KF投料比为6 mmol时合成形貌均匀,单分散性良好,结晶性较好的正交相K_(2)GdF_(5),并具有最强的上转换发光性能。其在生物成像和防伪领域具有潜在的应用价值。

纳米上转换发光材料的合成与表征研究性实验

将科研成果融入实验教学,面向本科生开设了“纳米上转换发光材料的合成与表征”研究性创新实验。实验采用均匀沉淀法合成Y_(2)O_(3):Yb^(3+),Ho^(3+)纳米上转换发光材料,利用X射线衍射、透射电子显微镜和上转换发射光谱对材料的结构、形貌和发光性能进行表征,并分析材料粒子尺寸对发光颜色的影响。实验中包含纳米材料制备、上转换发光性能研究等科研热点内容,涉及物理、化学、材料等多学科知识的交叉融合。通过实验的学习和操作,有助于激发学生对发光材料和纳米材料的研究兴趣,加深学生对材料合成方法和发光过程的认知,既拓展了学生的眼界和思维,又强化了学生的综合实验技能。

Yb^(3+)/Ho^(3+)共掺杂Sc^(2)W_(3)O_(12)荧光粉的上转换发光和温度传感特性

利用水热法结合煅烧制备Sc^(2)W_(3)O_(12):Yb 3+/Ho 3+荧光粉,用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和荧光光谱仪对样品进行表征。在980 nm的激光激发下,Sc^(2)W_(3)O_(12):Yb 3+/Ho 3+表现出了542、657和752 nm三个特征峰,分别对应于Ho^(3+)的^(5)F_(4)/^(5)S_(2)-^(5)I_(8),^(5)F_(5)-^(5)I_(8) 和 ^(5)F_( 4)/^(5)S_( 2)-^(5)I_(7)能级跃迁,分别发射出绿光、红光和弱红光。讨论了荧光粉的上转换发光机理,得出绿色和红色上转换发射均为双光子过程。基于荧光强度比技术,在323~523 K温度范围内研究了^(5)F_(4)/^(5)S_(2)与^(5)F_(5)这对非热耦合能级的上转换发光强度与温度的关系,得出在523 K时荧光粉的最大绝对灵敏度达到1%K-1,结果表明Sc^(2)W_(3)O_(12):Yb ^(3+)/Ho^( 3+)荧光粉可以作为温度传感器的候选材料。

GdVO_(4):Yb^(3+),Ho^(3+)和GdPO_(4):Yb^(3+),Ho^(3+)荧光粉的上转换发光特性研究

为了探究Yb^(3+),Ho^(3+)分别共掺杂在GdVO_(4)和GdPO_(4)两种基质材料的发光差异性,采用高温固相法制备GdVO_(4):Yb^(3+),Ho^(3+)和GdPO_(4):Yb^(3+),Ho^(3+)上转换发光材料。并采用X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)、拉曼光谱(Raman spectroscopy,Raman)、扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM)和荧光光谱对材料的结构、组成、形貌和上转换发光性能进行测试分析。结果表明,合成样品均是纯相,GdVO_(4):Yb^(3+),Ho^(3+)样品形状为不规则块状;GdPO_(4):Yb^(3+),Ho^(3+)样品为米粒状。在980 nm激发下,两种样品都存在绿光和红光发射。与掺杂相同浓度的GdVO_(4):Yb^(3+),Ho^(3+)相比,GdPO_(4):Yb^(3+),Ho^(3+)样品的红绿比较大,色度坐标更接近红光,在生物成像领域具有更大的应用潜力。

Yb^(3+)-Er^(3+)掺杂溴化铯铅钙钛矿纳米晶的上转换发光

采用热注入法制备了Yb^(3+)-Er^(3+)共掺溴化铯铅钙钛矿纳米晶体。通过控制前驱体注入温度以及溶剂和络合剂之间的比例,可以对纳米晶体的形貌进行调控,例如,反应生成量子点、纳米立方体、纳米花、纳米棒、纳米带和纳米片。通过透射电子显微镜、X射线衍射、荧光光谱等测试手段对其晶体结构以及发光性能进行了表征。实验结果表明,在近红外光激光激发下,Yb^(3+)-Er^(3+)共掺溴化铯铅钙钛矿纳米晶中可观察到来自Er离子的绿光(540 nm)和红光(646 nm)发射。对于不同形貌的Yb^(3+)-Er^(3+)共掺溴化铯铅钙钛矿纳米晶体,在近红外光激发下均观察到Yb^(3+)离子敏化Er^(3+)离子发光现象,这是由于存在Yb^(3+)→Er^(3+)的能量转移。对钙钛矿材料进行稀土掺杂实现了在近红外光激发下的上转换发光现象,这有利于钙钛矿家族材料在生物医学方面的应用。

基于等离子体增强上转换发光的窄带1550 nm光探测

近红外光(NIR)探测技术在军事、通信和工业应用中发挥着重要的作用,巨大的市场需求带动了NIR光电探测器(PDs)研究的快速发展。具有双光子或多光子泵浦特性的稀土掺杂上转换纳米颗粒(UCNPs)可以将NIR光子转换为可见光子或紫外光子,并被禁带宽度更宽的半导体吸收,进而制备出性能优异的上转换PDs。然而,NIR窄带上转换PDs的实现仍然面临一些困难,例如稀土离子荧光量子效率低、需要高泵浦阈值才能实现可探测的上转换发光。在此,我们利用NaYF4∶4%Er UCNPs与钙钛矿半导体层相结合,实现了1550 nm的窄带上转换PDs。通过使用具有局域表面等离子体共振效应的银纳米棒层(Ag NRs)增强了UCNPs的上转换发光,从而降低了上转换PDs的泵浦阈值。基于Ag NRs/NaYF4∶4%Er UCNPs/MAPbI3复合结构的PDs的最佳响应度(R)和探测率(D*)分别约为48.5 mA/W和5.7×10^(8) Jones。与纯UNCP/MAPbI3 PDs相比,R和D*均提高了一个数量级。我们成功地构建了一种简单的策略来制造出稳定的近红外窄带PDs。

NaGd(MoO_(4))_(2)∶Er^(3+),Yb^(3+)发光粉的合成与上转换发光性质

采用水热法合成了系列NaGd(MoO_(4))_(2)∶Er^(3+),Yb^(3+)上转换发光粉。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和上转换发光光谱仪等对样品的结构、形貌和发光性能进行表征。结果显示,合成的样品均具有四方晶系NaGd(MoO_(4))_(2)结构;pH对样品的形貌有影响;980nm红外光激发下,NaGd(MoO_(4))_(2)∶Er^(3+),Yb^(3+)上转换发光粉显示来自于Er^(3+)的^(2)H_(11/2)→^(4)I_(15)和^(4)S_(3/2)→^(4)I_(15/2)跃迁产生的绿光发射和4I 9/2→4I 15/2跃迁产生的红光发射。比较各样品的发光强度和绿光/红光相对积分强度比,结果显示上转换发光强度和绿光/红光相对积分强度比与晶粒尺寸、晶粒表面形貌,以及Er^(3+)和Yb^(3+)掺杂浓度有关。讨论了可能的上转换发光过程,并计算了样品的色坐标。

上转换发光免疫层析法快速检测饮用水中苯并[a]芘残留

建立一种基于上转换发光材料的定量免疫层析检测试纸卡,用于饮用水中苯并[a]芘的快速定量检测,并对所制备的试纸条性能进行评价。采取免疫竞争法,通过优化试纸条各因素,研制苯并[a]芘检测试纸,并对其标准曲线、检测限、定量限、特异性、准确度等方面进行性能评价。结果表明,所制备的试纸卡标准曲线回归方程R2为0.9835,检测限为1.007 ng/mL,定量限为1.938 ng/mL;与结构类似物无交叉反应;加标回收率为86.00%~108.47%。结果表明所研制的苯并[a]芘免疫层析试纸条具有灵敏度高、特异性好、检测快速、简便的优点,可以用于饮用水中苯[a]并芘的检测。

SiO_(2)光子晶体的制备及其在增强上转换发光的应用

用改进的St?ber法制备了均一分散的SiO_(2)微球。探讨了不同温度环境和正硅酸乙酯(TEOS)的用量对生成微球粒径大小的影响。用扫描电子显微镜、分光光度计、X射线衍射仪紫外-近红外吸收发射光谱仪等仪器对粉末和薄膜的形貌与光学性能进行表征。结果表明:随着温度的增加,微球的粒径不断减小。TEOS试剂的用量增加,生成微球的粒径也随之增加。讨论了不同温度的自组装环境对光子晶体自组装的影响。结果表明,当自组装温度为55℃时制备的二氧化硅光子晶体薄膜质量最高。用980 nm激发光对旋涂在玻璃基板和光子晶体上的上转换薄膜进行发光测试,红光发光增强1.72倍,绿光发光增强1.93倍。这是由于带隙位于激发光波段的光子晶体表面具有高光子态密度,能够增强发光粒子周围电磁场强度,提高了电子跃迁的几率,从而增强了荧光强度。

Yb^(3+)/Tm^(3+)共掺层状钙钛矿型CaBi_(2)Nb_(2)O_(9)半导体的制备及上转换发光性能研究

采用固相法合成了Yb^(3+)/Tm^(3+)共掺杂的层状钙钛矿型CaBi_(2)Nb_(2)O_(9)(CBN)上转换(UC)发光材料,并利用粉末X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)和UC发射光谱研究了它们的物相结构、形貌和上转换发光性能。在980 nm激发下,CaBi_(2)Nb_(2)O_(9):Yb^(3+)/Tm^(3+)样品呈现出以478 nm为中心的强蓝光发射,并伴有典型的647 nm、695 nm弱红光发射和783 nm近红外发射,这归因于Tm^(3+)分别对应于^(1)G_(4)→^(3)H_(6)、^(1)G_(4)→^(3)F_(4)、^(3)F_(3)→^(3)H_(6)和^(3)H_(4)→^(3)H_(6)跃迁。功率依赖性研究表明,所有UC发射都是双光子过程。结果表明,CaBi_(2)Nb_(2)O_(9)是一种很有前途的UC发光材料。