近紅外激勵(lì)上轉(zhuǎn)換材料光譜及熒光增強(qiáng)機(jī)理的研究.pdf

1、由于稀土離子具有優(yōu)異的上轉(zhuǎn)換熒光性質(zhì),稀土離子摻雜的氟化物納米晶體是當(dāng)前的研究熱點(diǎn),其在上轉(zhuǎn)換激光器、生物成像、光動(dòng)力理療、三維立體顯示、太陽能電池等諸多領(lǐng)域具有美好的應(yīng)用前景,而目前如何提高上轉(zhuǎn)換熒光效率、增強(qiáng)熒光強(qiáng)度是制約其發(fā)展及應(yīng)用的主要問題。本課題首次以NaYF4:Nd3+、CaF2:Nd3+、CaF2:Nd3+@CaF2納米晶體為研究對(duì)象,研究了近紅外激光激勵(lì)下的上轉(zhuǎn)換熒光光譜及其增強(qiáng)物理機(jī)制。
　　首先,本課題首次制備

2、了摻雜濃度為0.5％~5%的NaYF4:Nd3+、CaF2:Nd3+、CaF2:Nd3+@CaF2納米晶體并進(jìn)行了表征;搭建了近紅外激勵(lì)Nd3+離子上轉(zhuǎn)換熒光光譜實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),獲得了Nd3+離子上轉(zhuǎn)換熒光線狀光譜,覆蓋紫外到近紅外波段。本課題首次發(fā)現(xiàn)了242nm,562nm和726nm上轉(zhuǎn)換熒光,具有重要的應(yīng)用價(jià)值。相比于NaYF4基質(zhì),CaF2中的上轉(zhuǎn)換熒光提高了~1倍,CaF2@CaF2提高了~2倍,進(jìn)而本課題分析了上轉(zhuǎn)換熒光增強(qiáng)機(jī)制。

3、
　　然后,對(duì)Nd3+離子上轉(zhuǎn)換熒光光譜及其物理機(jī)制進(jìn)行理論研究。通過計(jì)算熒光強(qiáng)度和激光泵浦功率的關(guān)系得出,Nd3+離子可見和近紅外波段的熒光是雙光子過程,而紫外波段的熒光是三光子過程;研究了Nd3+離子的能級(jí)結(jié)構(gòu),進(jìn)而探究了其上轉(zhuǎn)換能量躍遷過程;通過求解Nd3+離子上轉(zhuǎn)換穩(wěn)態(tài)方程和能量傳遞速率方程,得出近紅外上轉(zhuǎn)換熒光強(qiáng)度與激勵(lì)源功率成二次方的關(guān)系,屬于雙光子過程,說明上轉(zhuǎn)換過程以能量傳遞上轉(zhuǎn)換機(jī)制為主,并且能量傳遞上轉(zhuǎn)換熒光衰

4、減曲線滿足一階指數(shù)衰減規(guī)律。
　　最后,搭建了近紅外激勵(lì)Nd3+離子上轉(zhuǎn)換熒光時(shí)間分辨光譜實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),測量了Nd3+離子上轉(zhuǎn)換熒光衰減曲線和熒光壽命。Nd3+離子上轉(zhuǎn)換熒光壽命約為200μs~500μs,熒光衰減曲線表現(xiàn)為指數(shù)規(guī)律的衰變,證明了能量傳遞上轉(zhuǎn)換機(jī)制的主導(dǎo)作用;并且利用共振無輻射能量傳遞理論解釋了上轉(zhuǎn)換熒光壽命越長其強(qiáng)度反而越小的現(xiàn)象。
　　本課題的研究工作為稀土離子摻雜上轉(zhuǎn)換材料的進(jìn)一步研究和實(shí)際應(yīng)用奠定了實(shí)驗(yàn)和