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上转换荧光材料是可以将较低能量的光子转换为较高能量的光子的材料。由于其在红外光激发下,发射谱线窄,发光稳定和低的荧光背景而在荧光标记领域备受瞩目。另一个潜在优点是由于是红外光激发,生物分子对其没有吸收,和紫外光激发相比可以大大提高激发效率。因此,上转换发光材料在三维图像显示、激光防伪和生物分子荧光探针方面显示了极大的应用前景。对上转换发光材料的实验和理论研究也就成为目前高新材料的研究热点。
鉴于上述情况本文综述了上转换发光材料的历史、现状以及发展前景,在此基础上首先以Yb,Er两种重要的稀土元素为研究对象,以Y2O3为掺杂基质采用简单水热法成功地制备了Y2O3:Er,Yb纳米颗粒,目的是探索稀土掺杂纳米材料的发光特性,并揭示其物理本质,研究了制备条件对样品尺寸和形貌的影响;第二,采用水热一反相乳液法相结合首次成功制备了Y2O3:Er,Yb上转换纳米发光粉。探讨了Yb3+浓度对上转换发光强度的影响,并确定了最佳发光配比;分析了焙烧温度对晶型生长、粒径和发光效果的影响,确定了最佳焙烧温度。
通过X射线衍射、透射电镜、发射光谱对上转换纳米发光粉进行了表征。确定了样品的焙烧工艺;通过XRD分析,确定了样品的晶型及大小;对样品进行透射电镜分析,验证了样品的晶粒大小;在常温下用980nm激光器分别激发三种样品,均用肉眼看到了较强的发射;通过研究激发功率与发光强度的关系,确定了光子发射过程,并详细讨论了上转换发光机制。
本论文中两种方法所做的两种纳米材料通过比较发现,纳米颗粒与纳米棒相比较,表面原子所占比例减小,无辐射跃迁速率减小,使得红外发射强度减弱,上转换强度增强,纳米颗粒结构的纳米材料更适合作上转换材料。
本研究为设计新的有效的制备工艺和提高上转换发光强度及效率提供了一定的参考依据。