摻雜Yb3+對(duì)上轉(zhuǎn)換微納晶結(jié)構(gòu)形貌及光學(xué)性能的影響.pdf

1、稀土摻雜上轉(zhuǎn)換熒光材料具有低毒性、高化學(xué)和光穩(wěn)定性、窄帶發(fā)射、長(zhǎng)激發(fā)態(tài)壽命等優(yōu)點(diǎn)；另外近紅外激發(fā)光源也帶來(lái)了許多優(yōu)勢(shì)，如較深的光穿透深度，對(duì)生物組織無(wú)損傷、無(wú)背景噪聲等。這些特征使稀土摻雜上轉(zhuǎn)換熒光材料有望成為新一代的生物熒光標(biāo)記材料。盡管上轉(zhuǎn)換熒光材料具有優(yōu)異的理化特性和光學(xué)性能，但目前也存在一些關(guān)鍵的問(wèn)題亟待解決，如多色上轉(zhuǎn)換熒光的調(diào)控、上轉(zhuǎn)換熒光效率的增強(qiáng)、上轉(zhuǎn)換材料形貌與尺寸的可控合成等。針對(duì)以上問(wèn)題，本文利用水熱法、熱分解法制

2、備多種基質(zhì)的稀土上轉(zhuǎn)換熒光材料，主要研究摻雜Yb3+離子對(duì)上轉(zhuǎn)換熒光材料光學(xué)性能、上轉(zhuǎn)換效率、結(jié)構(gòu)形貌的影響。探討其生長(zhǎng)機(jī)理，分析相應(yīng)的上轉(zhuǎn)換熒光機(jī)制。
　　利用 Yb3+敏化常見(jiàn)的上轉(zhuǎn)換基質(zhì)材料 BaYF5和NaYF4。在BaYF5體系中，摻雜 Yb3+/Er3+，Yb3+/Tm3+，Yb3+/Ho3+，通過(guò) Yb3+敏化激活離子，發(fā)出強(qiáng)烈的紅、藍(lán)、綠上轉(zhuǎn)換熒光，并分析其敏化機(jī)制。在NaYF4體系中，同時(shí)摻雜敏化劑Nd3+和Yb

3、3+離子，采用級(jí)聯(lián)敏化的方式敏化Er3+離子；調(diào)節(jié)Yb3+離子濃度，增強(qiáng)Yb3+離子的級(jí)聯(lián)敏化效果，提高能量傳遞效率，使上轉(zhuǎn)換熒光強(qiáng)度增強(qiáng)~13倍。
　　首次通過(guò)熱分解法合成出超小 YF3納米晶，且該超小 YF3納米晶熱穩(wěn)定性良好，是一種高效、穩(wěn)定的上轉(zhuǎn)換基質(zhì)材料。通過(guò)控制摻雜Yb3+離子的濃度調(diào)節(jié)上轉(zhuǎn)換熒光顏色的輸出，實(shí)現(xiàn)上轉(zhuǎn)換可見(jiàn)區(qū)多色光的可調(diào)諧控制。在Er3+/Yb3+體系中，當(dāng)摻雜低濃度 Yb3+離子時(shí)，主要發(fā)射峰是綠色發(fā)

4、射譜帶，隨著摻雜Yb3+離子濃度的提高，紅色發(fā)射譜帶逐漸增強(qiáng)，變?yōu)橹饕l(fā)射峰，上轉(zhuǎn)換熒光顏色由綠色逐漸轉(zhuǎn)向黃色，再變成紅色；在 Tm3+/Yb3+體系中，隨著摻雜 Yb3+離子濃度的增加，藍(lán)色發(fā)射帶的強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，從洋紅色變成藍(lán)色；在Yb3+/Er3+/Tm3+體系中，上轉(zhuǎn)換熒光顏色逐漸從青玉色變?yōu)辄S色，淡紅色，最后變成純紅色，并通過(guò)核殼結(jié)構(gòu)增強(qiáng)其上轉(zhuǎn)換熒光效率4~10倍。
　　高摻Y(jié)b3+離子增強(qiáng)菱形YF3納米晶的紫外上轉(zhuǎn)換熒光

5、強(qiáng)度，隨著摻雜濃度的提高，紫外上轉(zhuǎn)換熒光逐漸增強(qiáng)，最強(qiáng)的紫外輸出(90 mol％Yb3+)提高近6倍，而且親水性處理后依舊保持良好的紫外上轉(zhuǎn)換熒光強(qiáng)度，并分析相應(yīng)的上轉(zhuǎn)換發(fā)光和紫外增強(qiáng)機(jī)制。當(dāng)摻雜更高濃度的Yb3+離子時(shí)(92~98 mol%)，紫外上轉(zhuǎn)換熒光強(qiáng)度逐漸減弱，說(shuō)明增加Yb3+離子在提高能量傳遞效率的同時(shí)，也增大了Yb3+離子將能量傳遞給表面缺陷的幾率，增加了表面熒光淬滅效應(yīng)。
　　通過(guò)Yb3+完全替換Y3+的方式合成

6、出β-NaYbF4納米晶及其核殼結(jié)構(gòu)，在近紅外800 nm的發(fā)射峰，β-NaYbF4:0.5%Tm3+@NaYF4核殼結(jié)構(gòu)納米晶上轉(zhuǎn)換熒光強(qiáng)度是β-NaYbF4:0.5%Tm3+納米晶的~50倍；在藍(lán)光475 nm的發(fā)射峰，β-NaYbF4:0.5%Tm3+@NaYF4核殼結(jié)構(gòu)納米晶上轉(zhuǎn)換熒光強(qiáng)度是β-NaYbF4:0.5%Tm3+納米晶的~100倍。以同樣方式合成出NaYbF4活性殼層，利用活性核-活性殼-惰性殼的方法增強(qiáng)α-NaYF

7、4:30% Yb3+/0.5% Tm3+納米晶熒光效率，抑制表面效應(yīng)，增強(qiáng)其上轉(zhuǎn)換熒光強(qiáng)度，并對(duì)其熒光淬滅和增強(qiáng)機(jī)制進(jìn)行分析。
　　摻雜Yb3+離子改善了CeO2納米晶的單分散性，隨著摻雜離子濃度的提高， CeO2納米晶的尺寸逐漸增大，形貌由顆粒狀變?yōu)榱⒎綁K狀，而且，裸露的晶面也發(fā)生變化，(200)晶面逐漸顯露。當(dāng)摻雜Gd3+離子時(shí)，顆粒形狀沒(méi)有發(fā)生明顯的變化，但是納米晶尺寸明顯增大。類(lèi)似的現(xiàn)象在Yb3+離子摻雜LiYF4微米晶體