基于稀土掺杂上转换纳米材料NaYF_(4):Yb,Er@TGA直接对金属离子进行定量分析的方法探究

目的:基于荧光猝灭或增强机制,构建稀土掺杂上转换纳米材料NaYF_(4):Yb,Er@TGA直接对金属离子进行定量分析的方法,实现对金属离子快速、准确、灵敏检测。方法:通过溶剂热法制备出性能优良的稀土掺杂上转换纳米材料NaYF_(4):Yb,Er@TGA,并对其进行表征;通过测量14种常见的金属离子对NaYF_(4):Yb,Er@TGA荧光强度的影响,筛选能够引起NaYF_(4):Yb,Er@TGA荧光强度增强或下降,且与金属离子浓度呈线性关系的金属离子类型,进而建立检测新方法。结果:金属离子Mg^(2+)、Fe^(3+)分别在浓度范围为0~7.00μg/mL、0~6.00μg/mL与NaYF_(4):Yb,Er@TGA的荧光强度呈现良好的线性关系,其标准曲线方程的线性系数分别为0.9924、0.9982,检出限分别为1.79μg/mL、1.30μg/mL,加标回收率分别为95.5%~98.8%、92.5%~97.8%,方法相对标准偏差分别为4.05%、8.18%。结论:该方法检测限低、准确度较高、精密度较好,有望用于实际样品中Mg^(2+)、Fe^(3+)定量分析。

准连续c切Er,Yb:YAl_(3)(BO_(3))_(4)激光器的偏振操控

通过构建谐振腔模型,分析了各向同性固体激光器中两个本征模式相干叠加后的光斑奇异特征。并且实验验证了在不使用任何特定的腔内光学偏振选择元件的情况下,在二极管泵浦的准连续c切Er,Yb:YAl_(3)(BO_(3))_(4)激光器中可以有效操控1.6μm输出激光的偏振态。实现了从部分偏振态转化成稳定的线偏振态,其线偏振方向为可切换的正交特殊情况,均具有21 dB的偏振消光比。同时通过光斑对比,验证了激光器的线偏振输出来源于两个正交本征模式的相干叠加。文中为c切Er,Yb:YAl_(3)(BO_(3))_(4)激光器线偏振光的直接输出与偏振态的调控提供了可靠的方案。

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%。

Tm^(3+)高掺杂的NaYF_(4)纳米颗粒制备与发光性能研究

为了研究Tm^(3+)高掺杂浓度下NaYF_(4)纳米颗粒的上转换发光性能,采用热分解法合成了六方相的NaYF_(4)∶Yb^(3+)/Tm^(3+)(20%/8%)纳米颗粒,并用X射线衍射对其结构进行了表征,用透射电子显微镜对其形貌和大小进行了表征.通过搭建上转换光谱测试系统,研究了在980 nm激光激发下NaYF_(4)∶Yb^(3+)/Tm^(3+)纳米颗粒的上转换发光光谱,并分析了其发光机制.通过计算475,513,650,744,805 nm处发光强度与激发光功率间的依赖关系,证明了其上转换发光过程为双光子过程.

不同激发波长下NaLaF_(4):Er^(3+)/Yb^(3+)的上转换光谱调控研究

为探究不同激发波长(980 nm、1 550 nm)对NaLaF_(4):Er^(3+)/Yb^(3+)上转换发光材料光谱调控的规律和机理,采用水热-固相两步反应法合成一系列不同Er^(3+)/Yb^(3+)掺杂浓度的NaLaF_(4)荧光粉。利用X射线衍射仪(XRD)、荧光分光光度计对材料进行测试,分析其发光性能与机理。结果表明,样品在980 nm激发下呈绿色发光,上转换发光强度随Er^(3+)/Yb^(3+)掺杂浓度增加而呈现先增后减的规律,该发光过程为双光子过程;而在1 550 nm激发下呈红色发光,上转换发光强度随Er^(3+)掺杂浓度增加而呈增强趋势,但随Yb^(3+)浓度增加而降低,发光过程为三光子过程。因此,通过调节激发光波长,在同组分NaLaF_(4):Er^(3+)/Yb^(3+)荧光粉中实现颜色可控的绿、红色发光,对设计新型光谱调控手段和探索新的发光材料具有一定的理论指导意义。

Yb^(3+)/Nd^(3+)掺杂对Sr_(9)Ga(PO_(4))_(7)∶Cr^(3+)发光性能的影响

近红外荧光粉由于其独特的物理特性和广阔的应用前景吸引了人们极大的研究兴趣。本文通过高温固相反应法合成Sr_(9)Ga(PO_(4))_(7)∶0.8Cr^(3+)近红外荧光粉,使用460 nm蓝光激发样品的发射波长位于833 nm,半峰宽为117 nm。随后引入稀土离子合成Sr_(9)Ga(PO_(4))_(7)∶0.8Cr^(3+),Yb^(3+)和Sr_(9)Ga(PO_(4))_(7)∶0.8Cr^(3+),Nd^(3+)近红外荧光粉。相比Sr_(9)Ga(PO_(4))_(7)∶0.8Cr^(3+),460 nm蓝光激发的Sr_(9)Ga(PO_(4))_(7)∶0.8Cr^(3+),Yb^(3+)同时出现Cr^(3+)和Yb^(3+)特征发射峰,经过光谱分析和荧光寿命变化证明Cr^(3+)-Yb^(3+)存在能量传递通道,最高使Cr^(3+)-Yb^(3+)能量传递效率达80.2%,得益于Yb^(3+)卓越的热稳定性促使整体荧光光谱热稳定性提高约3.7倍。设计合成的Sr_(9)Ga(PO_(4))_7∶0.8Cr^(3+),Nd^(3+)样品调制出833,876,1 060 nm的多峰发射,显著拓宽了近红外光谱范围。最终,讨论了荧光粉在温度传感和无损检测领域的应用,证明该系列荧光粉具有广阔的应用前景。

NaYF_(4)∶Yb,Er纳米粒子的合成及免疫传感器的制备与应用

稀土掺杂发光纳米材料具有独特的性质,如发射寿命长、发射波段窄、Stokes位移大、光稳定性强、荧光寿命长、反自发荧光能力强等特点,为进一步探索稀土纳米粒子在生物传感器方面的应用,首先研究上转换稀土纳米粒子的可控合成,后采用巯基乙酸(TGA)对其表面进行改性,再将其固癌胚抗原制备免疫传感器,进行了电化学发光测试和样品检测。结果表明:溶剂法合成的纳米粒子形貌均一,分散性好,构建的免疫传感器的检测极限低达3.2pg/mL。

NaYF_(4)掺杂Yb^(3+),Ho^(3+)的低温上转换荧光特性研究

目的确定β-NaYF_(4)掺杂Ho^(3+)和Yb^(3+)离子的微米晶体在低温下的上转换荧光特性。方法通过水热法合成β-NaYF_(4)微米晶体,用FLS980光谱仪获取样品在室温和4~294 K温度下的荧光光谱以及荧光寿命,应用玻尔兹曼分布原理对测试结果进行分析。结果确定了最佳的稀土离子掺杂浓度。通过对荧光强度和荧光寿命的分析,结合玻尔兹曼分布得出温度在上转换发光中的作用。结论随着温度的升高,Ho^(3+)的^(5)F_(5)→^(5)I_(8)和^(5)S_(2)/^(5)F_(4)→^(5)I_(8)跃迁发射峰逐渐减弱。

Simultaneous Morphologies and Luminescence Control of NaYF_(4)∶Yb/Er Nanophosphors by Surfactants for Cancer Cell Imaging

Hydrophilic rare-earth up-conversion nanophosphors(UCNPs)with small sizes and a strong up-conversion luminescence have attracted much interest.Herein the simultaneous control of morphologies and the up-conversion luminescence intensities was reported for NaYF_(4)∶Yb/Er nanophosphors by a facile hydrothermal procedure with different surfactants.With the change of the surfactants from polyvinylpyrrolidone(PVP)to sodium citrate(CIT),edetate disodium(EDTA)or sodium dodecyl benzenesulfonate(SDBS),the morphology of NaYF_(4)∶Yb/Er nanophosphors transformed from nanoparticles with a diameter of about 70.0 nm to hexagonal nanoblocks with a thickness of about 125.0 nm and a length of about 240.0 nm,nanorods with a diameter of about 700.0 nm and a length of about 2.6μm,or nanowires with a diameter of 250.0 nm and a length of about 3.2μm.Simultaneously,their up-conversion luminescence intensity went down gradually under laser irradiation at a wavelength of 980 nm due to the increase of photobleaching.PVP-capped NaYF_(4)∶Yb/Er nanoparticles exhibited the smallest size and the strongest up-conversion luminescence intensity.Biological experiment results revealed that NaYF_(4)∶Yb/Er nanophosphors exhibited a high biocompatibility and could be used as biological labels with a perfect signal-to-noise ratio for cancer cell imaging.

TiO_(2)空心微球在NaYF_(4)∶Yb^(3+),Er^(3+)/商业TiO_(2)染料敏化太阳能电池中的应用

以TiCl_(3)为钛源,水热法制备高散射性能的锐钛矿TiO_(2)空心微球。以商业TiO_(2)(P25)/NaYF_(4)∶Yb~(^(3+)),Er^(3+)混合材料为底层薄膜,TiO_(2)空心微球为反射层组成双层结构光阳极薄膜,优化了太阳能电池性能。结果表明:新型结构的太阳能电池短路光电流(J_(sc)=16.81mA/cm^(2))、开路光电压(V_(oc)=0.78V)、填充因子(FF=0.66)和光电转化效率(η=8.65%),其光电转化效率与纯P25(6.70%)光阳极和P25/NaYF_(4)∶Yb^(3+),Er^(3+)(7.35%)光阳极相比较分别提升了29%和18%。

NaYF_4∶Yb,Er纳米粒子作为过氧化物模拟酶用于尿酸检测

聚丙烯酸修饰的NaYF4∶Yb,Er纳米粒子能够有效地催化H2O2氧化3,3',5,5'-四甲基联苯胺(TMB)产生显色反应,表现出良好的过氧化物模拟酶催化活性。本研究以TMB为模型底物,研究了催化条件(温度和pH值)对催化活性的影响。同时,结合尿酸在尿酸氧化酶作用下产生H2O2的原理,建立了比色法测定血样中尿酸含量的简便方法。在最优条件下,本方法的检测范围为1.0×10"5～2.0×10"4mol/L,检出限为5.3×10"6mol/L,并对实际样品进行测定,测定结果与临床结果一致。

共沉淀法制备NaYF_4∶Tm^(3+),Yb^(3+)的上转换发光

通过共沉淀法制备Tm3+和Yb3+掺杂的NaYF4上转换发光材料。其中Tm3+和Yb3+的摩尔分数分别为0.01%,0.1%。在室温下测试了NaYF4∶Tm3+,Yb3+材料在300～1 100 nm的吸收光谱。利用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)测试了合成材料的物相结构和微观形貌。结果表明:NaYF4∶Tm3+,Yb3+材料为六方相晶体,其颗粒大小约为50～60 nm,产物结晶良好,含有少量杂相。在798 nm近红外光激发下,测试了样品的上转换发光光谱。观察到了蓝、绿色上转换发光。讨论了上转换发光的可能机理,蓝光主要来源于Tm3+的激发态1G4到基态3H6的跃迁,绿光来源于Tm3+的1D2→3H5跃迁。

水热法合成NaYF_4∶Yb^(3+)-Er^(3+)及其上转换发光性质

采用水热法合成了不同浓度Yb^(3+)和Er^(3+)共掺NaYF_4上转换发光材料。利用X-射线粉末衍射技术鉴定了物相的纯度,结果表明,样品的XRD与NaYF_4(JCPDS 28-1192)标准卡片一致,均为纯相,结晶度高。在扫描电镜的辅助下,对样品的形貌进行了表征分析,其微观形貌呈六方棱柱状,柱长7μm左右,直径3μm左右,且尺寸分布均匀。在此基础上,利用荧光分光光度计(激发光源为980 nm激光器)对样品的发光性能进行了测试,在980 nm激光器的激发下,得到了发射峰位分别位于525 nm、550 nm、660 nm组成的上转换光谱,可指认为Er^(3+)的2H11/2,4S3/2→4I15/2(绿光)和4F9/2→4I15/2(红光)跃迁。进一步讨论了样品发光强度和泵浦源功率之间的关系,发现绿光和红光发射均为双光子过程。

β-NaYF_4:Yb^(3+),Er^(3+)上转换发光材料的可控合成及其发光性能

采用水热法合成多种形貌和尺寸的NaYF4:Yb3+,Er3+上转换发光材料,探讨螯合剂、敏化剂、激活剂、氟化铵用量及水热时间对目标产物发光性能的影响规律,并通过正交实验优化Yb3+、Er3+共掺杂NaYF4上转换发光纳米材料的合成条件。采用XRD、SEM和荧光光谱对目标产物进行对比分析。结果表明:目标产物为β-NaYF4,在980 nm红外光的激发下,发出明亮的绿光,最强发射峰在542 nm。可通过改变螯合剂的种类来控制生成不同尺寸(纳米级或微米级)和形貌(管状、球形或六棱柱形)的目标产物。所制备的NaYF4:Yb3+/Er3+上转换发光材料分散性好、荧光强度高,在生物探针及生物成像等领域具有潜在的应用价值。

水溶性NaYF_4∶Yb,Er纳米颗粒的溶剂热合成及其上转换发光性能

稀土上转换发光纳米材料具有极好的生物应用前景,但其应用的前提是能制备出水溶性、发光效率高的稀土纳米材料。以乙二醇为溶剂、稀土氯化物和NaF为反应物,采用简易的溶剂热法一步制备出水溶性的NaYF4∶Yb,Er纳米颗粒。NaYF4∶Yb,Er样品以粒径为25～40nm的球形颗粒为主,同时含有少量直径为25～40nm、长度为50～100nm的虫状纳米颗粒。该样品具有立方相结构,样品表面上的乙二醇配体使其能够很好地分散于水中。在980nm激光器激发下,NaYF4∶Yb,Er纳米颗粒水溶液展现了强的黄绿色上转换发光。因此该样品拥有良好的生物应用潜力。

纳米Ag颗粒掺杂方式对NaYF_4∶Yb^(3+)/Er^(3+)上转换发光材料发光性能的影响

利用水热法制备了Yb3+,Er3+共掺杂NaYF4上转换发光材料。在实验中引入Ag纳米溶胶,研究了Ag纳米颗粒对NaYF4∶Yb3+/Er3+上转换发光材料结构、形貌和光学性质的影响。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)以及荧光光谱仪对样品的结构、形貌和光学性能进行了研究。结果表明,生成NaYF4∶Yb3+/Er3+反应前加入Ag纳米颗粒可使NaYF4∶Yb3+/Er3+粉末的衍射峰强度增强;生成NaYF4∶Yb3+/Er3+反应后加入Ag纳米颗粒会使六方相样品部分转变成立方相。生成NaYF4∶Yb3+/Er3+发光材料前引入Ag纳米溶胶可以大大提升晶体的结晶质量;生成NaYF4∶Yb3+/Er3+发光材料后引入Ag纳米溶胶,原有六棱柱直径变小,产物有新的球状晶体生成。生成NaYF4∶Yb3+/Er3+反应前加入Ag纳米颗粒,可使NaYF4∶Yb3+/Er3+上转换材料的发光强度显著增强,与未掺杂Ag纳米颗粒相比发光强度增加约36%。

NaYF_4∶Yb,Er/氧化石墨烯纳米复合材料的制备、表征及上转换发光性能

采用"一锅"和直接混合两种制备过程,制得了NaYF4∶Yb,Er/氧化石墨烯(rGO)和SiO2包覆NaYF4∶Yb,Er/rGO两系列纳米复合材料。各种测试结果表明,NaYF4∶Yb,Er是以α型立方结构和纳米粒子形状存在于复合材料中,粒径主要在30～70nm间,而rGO则较好地分散在其中,但"一锅"法制得的rGO呈现更好的分散性。Raman光谱证实,在这两种纳米材料之间存在表面耦合相互作用,且随着rGO相对含量增大,它们之间接触面积逐渐增多,相互作用也逐渐增强。上转换发光测试结果表明,rGO具有很好的发光猝灭效应和光限幅现象,尤其是对NaYF4∶Yb,Er的红光带影响更加显著。随着rGO相对含量逐渐增加,红光带发光强度逐渐降低,而绿光带变化不大。对于使用不同方法制备的样品,在具有相似含量情况下,由于团聚rGO具有更强的吸光作用,SiO2包覆样品的红光带发光强度受到rGO影响更大。

NaYF_4:Eu^(3+),Tm^(3+),Yb^(3+)材料中Stokes和反Stokes发光研究

合成了Eu3+,Tm3+和Yb3+掺杂的NaYF4材料。360 nm光激发呈蓝色发光,峰值位于452 nm,对应Tm3+的1D2→3F4跃迁;395 nm光激发呈橙色发光,峰值位于591 nm,对应Eu3+的5D0→7F1跃迁;409 nm光激发呈红色发光,峰值位于613 nm,对应Eu3+的5D0→7F2跃迁;980 nm光激发呈蓝色和红色发光,发光峰位于474和646 nm。蓝光来源Tm3+的1G4→3H6跃迁,红光来源Tm3+的1G4→3F4跃迁。在双对数曲线中,蓝光474 nm和红光646 nm的斜率分别为2.1和2.4,在980 nm光激发下,蓝光和红光发射都是双光子过程。还研究了材料的吸收光谱,并利用X射线衍射,扫描电镜测试了材料的物相结构和微观形貌。结果表明:NaYF4∶Eu3+,Tm3+,Yb3+材料具有较规则的六方相结构,结晶良好。

β-NaYF_4:Yb,Er复合丝素荧光薄膜的制备与表征

采用高温热分解法合成β-NaYF_4:Yb,Er纳米晶体,然后将丝素薄膜作为柔性基底材料与β-NaYF_4:Yb,Er复合制备了一种丝素基荧光薄膜。使用透射电镜(TEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)、X-射线衍射仪(XRD)、傅立叶红外光谱仪(FT-IR)、紫外可见分光光度计、荧光光谱仪对β-NaYF_4:Yb,Er和丝素基荧光薄膜进行表征。结果表明:β-NaYF_4:Yb,Er纳米晶体平均粒径35 nm,分散性良好,六方相,表面包覆油酸。β-NaYF_4:Yb,Er纳米晶体质量浓度对丝素基荧光薄膜的透光率有重要影响,随β-NaYF_4:Yb,Er质量浓度的提高,丝素基荧光薄膜的透光率不断减小。丝素基荧光薄膜在980 nm激光器激发下荧光光谱图中有3个发射峰,分别对应于Er3+离子~2H_(11/2)→~4I_(15/2)(520 nm)、~4S_(3/2)→~4I_(15/2)(540 nm)、~4F_(9/2)→~4I_(15/2)(660 nm)能级跃迁,其主要的发光机制是能量传递上转换。

CaMoO_(4):Ho/Yb温度传感器用发光材料的设计及性能研究

基于高温固相合成法,制备出Yb^(3+)不同离子掺杂浓度的CaMoO_(4):1%Ho^(3+)/x%Yb^(3+)系列发光材料,通过X射线衍射分析、上转换荧光光谱,变温荧光光谱等测试方法,对其发光特性及其温度传感特性进行详细表征,并对其发射和感温的机理进行了分析。研究表明:在Yb^(3+)离子掺杂浓度为4%时,所获得的发光强度最大。在980 nm激发光条件下,发射峰值分别为539 nm、664 nm和755 nm,分别对应Ho^(3+)离子的^(5)F_(4)/^(5)S_(2)→^(5)I_(8)能级跃迁、^(5)F_(5)→^(5)I_(8)能级跃迁和^(5)F_(4)/^(5)S_(2)→^(5)I_(7)能级跃迁,通过荧光强度与不同泵浦激发光功率间的拟合关系,获得Ho^(3+)的^(5)F_(4)/^(5)S_(2)包含两光子和三光子两个过程,^(5)F_(5)则是两光子过程。在300 K即室温条件下,获得了最大绝对灵敏度为0.0075 K^(-1),说明了此上转换材料在室温条件下具有较高的测温灵敏性和应用潜力。