稀土摻雜氧化物和氟化物的上轉(zhuǎn)換熒光增強(qiáng)以及光譜研究.pdf

1、稀土摻雜上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料，在生物醫(yī)學(xué)、上轉(zhuǎn)換激光、三維立體顯示等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用前景。紅外激光激發(fā)的上轉(zhuǎn)換材料作為生物熒光標(biāo)記使用具有無自體熒光干擾、對生物體無損傷、在組織中穿透性好等優(yōu)點(diǎn)。本文針對氧化物和氟化物納米晶的上轉(zhuǎn)換熒光增強(qiáng)、光譜擴(kuò)展以及生物熒光標(biāo)記應(yīng)用開展了系統(tǒng)的研究。
　　開展了Y2O3納米晶的上轉(zhuǎn)換熒光增強(qiáng)工作。為了增強(qiáng)氧化物納米晶Y2O3:Yb3+/Er3+的上轉(zhuǎn)換發(fā)光，在合成的過程中摻雜了Li+離子，這種方法不但

2、可以增強(qiáng) Er3+離子的可見上轉(zhuǎn)換發(fā)光，同時(shí)也使其紫外的上轉(zhuǎn)換發(fā)光得到顯著增強(qiáng)。在摻雜Li+離子的基礎(chǔ)上摻雜Zn2+離子，可以使上轉(zhuǎn)換發(fā)光得到進(jìn)一步增強(qiáng)。穩(wěn)態(tài)速率方程的分析表明導(dǎo)致上轉(zhuǎn)換發(fā)光增強(qiáng)的主要原因是中間態(tài)能級壽命的延長。而壽命的延長是由于摻雜改變了稀土離子周圍的晶體場環(huán)境，減少了晶體表面的懸鍵，使無輻射弛豫作用減弱。
　　開展了NaYF4納米晶的合成以及強(qiáng)度增強(qiáng)工作。利用水熱、油熱等方法合成了不同形貌和尺寸的NaYF4納米

3、離子，納米粒子尺寸的增大會使其比表面積變小，無輻射弛豫減少，進(jìn)而會使上轉(zhuǎn)換發(fā)光增強(qiáng)。通過增加NaYF4:Yb3+/Tm3+納米晶中Yb3+離子的摻雜，可以增加納米晶對970 nm激發(fā)光的吸收，最終可以使Tm3+離子的近紅外、可見以及紫外的上轉(zhuǎn)換發(fā)光都得到顯著增強(qiáng)。穩(wěn)態(tài)速率方程以及時(shí)間分辨光譜的測量可以很好地解釋這種現(xiàn)象。
　　研究了Tb3+離子和Eu3+離子的上轉(zhuǎn)換發(fā)光性質(zhì)。利用Yb3+離子的合作敏化過程，在NaYF4納米晶中首次

4、激發(fā)出不能直接吸收970 nm激光的稀土離子Tb3+的上轉(zhuǎn)換發(fā)光，觀察到 Tb3+離子5D4和5D3能級的上轉(zhuǎn)換發(fā)光。稀土離子Tb3+的紅、綠、藍(lán)三色上轉(zhuǎn)換發(fā)光來源于同一長壽命能級5D3，這對于組織光學(xué)具有重要的意義。用532 nm的激光首次在Y2O3和NaYF4基質(zhì)材料中激發(fā)出Eu3+離子的上轉(zhuǎn)換發(fā)光，結(jié)合下轉(zhuǎn)換光譜的和激發(fā)光譜的分析，確定了532 nm激光激發(fā)下Eu3+離子的上轉(zhuǎn)換發(fā)光過程。
　　開展了適合生物熒光標(biāo)記使用的納

5、米粒子的合成以及大鼠活體成像和細(xì)胞成像試驗(yàn)。通過在NaYF4;Yb3+/Ho3+納米晶中加入Eu3+離子或者Ce3+離子，利用離子之間的能量傳遞過程可以調(diào)節(jié)Ho3+離子的綠光和紅光發(fā)射的比值，進(jìn)而得到適合作為生物熒光標(biāo)記使用的納米粒子，此方法提供了一種調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)稀土離子上轉(zhuǎn)換光譜的思路。通過大鼠活體成像試驗(yàn)證明了上轉(zhuǎn)換納米粒子跟傳統(tǒng)染料熒光標(biāo)記和量子點(diǎn)相比，具有無自體熒光干擾、無背景等諸多優(yōu)點(diǎn)；利用經(jīng)過表面功能化修飾的納米粒子鍵連 HeL