掺Er氟钇钠纳米晶荧光上转换材料的制备与光学特性

摘要

掺杂稀土的上转换发光材料是半导体材料科学在荧光生物成像，显示照明用材料等领域的研究热点，其中NaYF4基底类上转换材料是该领域中最受关注的材料之一。
　　在本论文中，通过水热合成法制备了一系列发光性能各异的NaYF4∶yb3+,Er3+纳米晶材料，利用实验室自组装光谱检测系统研究其光学特性，取得了如下的成果:
　　1、得到了具备亲水性、粒径尺寸分布较窄的六角相NaYF4∶Yb3+，Er3+纳米晶体材料，不同温度条件下合成的的样品粒径分布在46nm-58nm之间，980nm激光可激发出肉眼可见的明亮红绿混合荧光，三个荧光发射峰位置分别位于663nm，547nm，529nm。光谱测试结果证明了该材料具有良好的上转换发光强度。
　　2、合成过程中使用荧光检测技术来追踪不同实验条件变化给样品上转换荧光发射性能带来的影响，进而通过有针对性的优化实验制备条件来改善材料性能。实现了不同色纯度，不同荧光发射强度的氟钇钠材料制备，证明了具有最佳上转换发光效率的材料合成条件为pH=5，T=200℃，反应时间3h。
　　3、在组合式低温荧光检测系统支持下，对发光效果最佳的样品进行了10K-360K的变温荧光光谱检测，检测环境温度上升过程中观察到明显的荧光温度猝灭现象。10K检测环境下进行了变激发功率测试，得到的激光功率-荧光强度泵浦关系图用于上转换发光机理分析，最终确定NaYF4∶Yb3+，Er3+纳米晶材料上转换发光机制为双光子吸收的能量传递上转换发光。

目录

声明

学位论文的主要创新点

摘要

第一章 上转换纳米材料研究现状及背景

1．1 半导体纳米材料的概念

1．2 半导体纳米材料的性质

1．2．1 小尺寸效应

1．2．2 量子尺寸效应

1．2．3 表面效应

1．2．4 介电限域效应

1．2．5 宏观量子隧道效应

1．3 纳米材料的生长机理

1．3．1 奥斯特瓦尔德机理

1．3．2 取向连接机理

1．3．3 克肯达尔效应

1．4 稀土掺杂的上转换纳米材料

1．4．1 上转换发光材料发光机理

1．4．2 稀土元素在发光材料中的作用

1．4．3 纳米材料的制备方法

1．4．4 上转换材料的应用

1．4．5 影响上转换发光效率的两个核心因素

1．5 本论文研究意义、内容及方法

第二章 NaYF4上转换纳米晶合成实验

2．1 制备方案的选定

2．2 NaYF4∶Yb3+，Er3+上转换材料的合成

2．2．1 总体合成思路

2．2．2 制备实验所用实验试剂与设备

2．2．3 制备实验过程

2．3 为荧光光谱检测制备样品片

2．4 上转换材料制备实验小结

第三章 基于XRD，FESEM检测对晶体生长过程的分析

3．1 基于X射线衍射检测对样品的分析

3．1．1 X射线衍射检测概述

3．1．2 根据XRD检测结果对晶型、晶粒粒径的分析

3．2 根据FESEM检测对样品形貌粒径的分析

3．2．1 场发射扫描电镜检测概述

3．2．2 场发射电子扫描电镜检测及结果分析

3．3 NaYF4∶Yb3+，Er3+微纳米片结构的形成机理探讨

第四章 NaYF4∶Yb3+，Er3+纳米晶的常温荧光检测与分析

4．1 常温荧光光谱检测概述

4．2 上转换材料常温条件下激发光谱检测过程

4．3 上转换常温荧光激发光谱的分析

4．3．1 NaYF4∶Yb3+，Er3+材料发光性能受pH值变化的影响

4．3．2 NaYF4∶Yb3+，Er3+材料发光性能受反应温度变化影的影响

4．3．3 NaYF4∶Yb3+，Er3+材料发光性能受反应时间变化的影响

4．4 上转换常温荧光检测总结

第五章 NaYF4∶Yb3+，Er3+纳米晶的极低温检测及发光机理研究

5．1 低温荧光光谱检测概述

5．2 变温范围10K-360K的荧光强度变化分析

5．3 从激光泵浦曲线出发分析样品上转换发光机理

5．3．1 激发激光功率值的计算

5．3．2 基于10K下激光功率-荧光强度泵浦关系曲线的发光机理分析

5．4 变温度，低温变功率上转换荧光光谱分析总结

第六章 总结与讨论

6．1 工作总结

6．2 反思与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢