稀土掺杂氟化物纳米材料的制备及多色上转换发光研究

摘要

稀土掺杂荧光纳米晶独特的光学特性引起了人们广泛的研究兴趣。由于外层5s和5p轨道的有效屏蔽,稀土离子内层4f电子能级间跃迁产生的吸收和发射谱线具有高量子产率、长寿命和高稳定性。此外,稀土离子梯状的能级分布特征使它能在红外激光器激发下吸收两个或多个低能长波光子然后将其转换成高能短波光子。因此,稀土掺杂纳米晶在全固态激光器、红外探测、三维立体显示特别是生物荧光标签等方面有着广泛的应用价值。近年来,随着生物科技和纳米技术的发展,高强度蓝、紫、紫外以及多色彩(含白光)上转换荧光纳米晶由于其在光动力学治疗、可调紫外激光器、纳米光源器件以及同步多通道探测、分子荧光探测等领域的潜在应用价值逐渐成为了人们竞相追逐的热点。本文在课题组前几年工作的基础之上,通过调节基质材料组分和稀土离子组合,在蓝、紫、紫外和多色上转换荧光发射研究上取得了一些重要结果。主要内容如下:
　　1.采用水热法使用不同比例的油酸和氢氧化钠分别制备了不同比表面积的Yb3+/Tm3+共掺杂单一六角相NaYF4纳米晶。在980nm激光器激发下,通过改变激光器激发功率,在强蓝光和红外光发射的Yb3+/Tm3+共掺杂β-NaYF4纳米棒材料中,观察到了800nm、475nm和450nm发射波段可控的荧光转变。
　　2.通过引入Gd3+离子,采用水热法制备了Yb3+/Tm3+/Gd3+三掺杂NaYF4纳米棒。XRD测试结果表明改变Gd3+离子浓度可以有效调节纳米晶的尺寸。在980nm激光的激发下,除了观察到Tm3+离子从紫外光、蓝光、红光到红外光的上转换发射以外,还观察到了Gd3+离子深紫外270~330nm波段发射。光谱分析结果表明深紫外上转换发射是通过Yb3+到Tm3+然后再到Gd3+的高效的能量传递实现的。
　　3.采用水热法制备了不同稀土离子掺杂的直径约为12nm的立方相KGdF4纳米晶。在980nm激光的激发下,Yb3+/Er3+、Yb3+/Ho3+和Yb3+/Tm3+双掺杂KGdF4纳米晶发出肉眼可见明亮的红色、黄色和蓝色上转换荧光。透射电镜(TEM)、上转换光谱和X射线衍射(XRD)研究表明,样品经过低温热处理后发光强度得到显著的增强,且不会导致晶粒尺寸明显增大。通过调节Yb3+/Ho3+/Tm3+掺杂浓度控制红、绿、蓝三基色荧光强度实现了白色上转换荧光输出。考虑到Gd3+离子常用于磁共振成像,结果表明KGdF4荧光纳米晶在生物医学,防伪和光磁多功能纳米探针等方面有很好的应用前景。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 上转换发光机理

1.3 稀土掺杂纳米晶的合成工艺

1.4 上转换色彩调制

1.5 稀土掺杂上转换纳米晶在生物医学中的应用

1.6 本文的选题以及主要工作

第2章 Yb3+/Tm3+共掺杂六角相NaYF4纳米棒的制备及其上转换发光特性的研究

2.1 引言

2.2 样品制备与测试

2.3 结果与分析

2.4 小结

第3章 Yb3+/Tm3+/Gd3+三掺杂六角相NaYF4纳米棒的制备及Gd3+离子深紫外上转换发射的研究

3.1 引言

3.2 样品制备与测试

3.3 结果与分析

3.4 小结

第4章 稀土掺杂KGdF4纳米晶的制备及其上转特性的研究

4.1 引言

4.2 样品制备与测试

4.3 XRD结构分析和透射电镜(TEM)分析

4.4 Yb3+/Ln3+(Ln=Er,Ho,Tm)共掺杂KGdF4纳米颗粒上转换发光

4.5 Yb3+/Ho3+/Tm3+三掺杂KGdF4纳米颗粒上转换发光特性

4.6 小结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文