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稀土上转换发光纳米材料的合成及其性质研究

【摘要】: 上转换发光材料是在长波长光激发下能发出短波长光的发光材料。由于激发波长在红外波段,检测在可见光,可以显著提高信噪比,所以上转换发光材料作为生物分子荧光标记受到了广泛关注和极大发展。采用可见光或紫外光作为激发光源的缺点是生物分子中存在荧光背底,而采用波长为980 nm的近红外激光作为激发光源就可以避免这个问题。在基质材料的选择方面,NaYF_4是近几年被发现的理想的上转换发光材料,也是迄今为止效率最高的上转换发光材料之一。 本文采用溶胶—凝胶方法合成了纳米级的上转换发光材料;用Y-2000型X射线衍射仪对所制备的样品的结构研究分析;用波长为980 nm的近红外激光器照射样品,研究其上转换发光特性。利用激发态寿命测量研究了不同样品的激发态寿命。 首先合成了NaYF_4:Er~(3+)及NaYF_4-Yb~(3+),Er~(3+)纳米晶,对其发光光谱、发光机理和XRD表征进行了研究。 接下来对其他影响实验结果的因素进行了研究,例如激活离子Er的不同掺杂浓度,敏化离子Yb的不同掺杂浓度,不同退火温度等。文章对各种因素的影响做了针对性的实验并对各种因素的影响机制进行了分析。 然后对合成NaYF_4:Yb~(3+),Er~(3+)/NaYF_4核/壳结构纳米晶进行了两次尝试,区别在于壳层结构原料的添加顺序不同。 最后对双频激发ZBLAN:Yb,Tm玻璃的上转换发光进行了研究。研究显示采用980 nm和808 nm双波长激光器激发下,样品的上转换强度得到显著的提高。激光器双频激发ZBLAN:Yb,Tm,比使用单频激发上转换效率高很多的主要原因在于发射机制由单980 nm激光器激发的三光子过程,转变为共协过程。

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