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Pr3+掺杂深紫外长余辉发光材料的设计制备与性能研究

Pr3+掺杂深紫外长余辉发光材料的设计制备与性能研究

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作者：闫劭山东大学

学位级别：硕士

近年来,可见光和红外光波段长余辉发光材料已经引起了人们的广泛关注,并被应用于夜视监控、医疗诊断、光学信息存储以及光学防伪等重要领域。相比之下,对于在光谱另一端发射的长余辉发光材料,即短波长的C区紫外(UVC;200-280 nm)和B区紫... 详细信息

近年来,可见光和红外光波段长余辉发光材料已经引起了人们的广泛关注,并被应用于夜视监控、医疗诊断、光学信息存储以及光学防伪等重要领域。相比之下,对于在光谱另一端发射的长余辉发光材料,即短波长的C区紫外(UVC;200-280 nm)和B区紫外(UVB;280-320 nm)长余辉发光材料,由于受到基质材料和发光中心的限制,其研究进展相对缓慢。目前报道的大多数UVB和UVC波段发光材料通常需要连续的外部激发才能产生深紫外发光,但这种发光形式阻碍了深紫外发光技术的进一步发展与应用。为解决这一问题,本论文选用Pr3+离子为发光中心,以硅酸镥和石榴石作为基质材料,分别利用溶胶凝胶法与高温固相法合成了系列深紫外长余辉发光材料,并对其长余辉发光性能、光激励长余辉发光性能以及长余辉发光机理等进行了系统研究。本论文的主要研究内容与结果如下:(1)本论文采用溶胶凝胶法合成了 Pr3+离子作为发光中心,Lu2SiO5作为基质的UVC长余辉发光材料:Lu2SiO5:Pr3+。在254 nm紫外灯激发后,该材料可以产生UVC长余辉发光,余辉发射峰值位于270 nm处,余辉发光持续时间可达12 h以上。同时,Lu2SiO5:Pr3+材料也具有优异的光激励长余辉发光性能。使用低能量白光短时间照射经过预辐照的样品后,深紫外长余辉发光强度出现明显增强,且光激励过程可反复多次进行。此外,通过热释光分析,详细研究了材料内部的陷阱特性,包括:陷阱深度、陷阱分布以及陷阱密度。最后,利用UVC的环境光完全无干扰特性和材料的自持续发光性能,Lu2SiO5:Pr3+样品在室内和室外复杂环境光条件下所产生的UVC长余辉发光可以被商用紫外相机清晰地监测和成形,在光学定位与追踪等领域具有重要应用前景。(2)本论文通过结合导带工程、电子能级结构图(VRBE)、离子共掺杂和持续能量传递控制等方法,设计合成了一系列Pr3+离子掺杂石榴石基UVB波段长余辉发光材料:(Lu,Gd,Y)3(Al,Ga)5O12:Pr3+,Cr3+。该系列UVB长余辉发光材料均可以被标准的254 nm紫外灯进行高效充能,从而产生长达60 h以上的UVB长余辉发光。除了 254 nm紫外灯外,太阳光同样可以对样品进行充能,且通过实验证明太阳光中的A区紫外(UVA)部分起到了填充材料内部陷阱的作用。此外,利用长余辉激发光谱和热释光测试全面研究了样品的UVB长余辉发光性能以及陷阱填充和脱陷过程,并揭示了 UVB长余辉发光机理。最后,利用UVB发光的室内环境光无干扰特性,该系列UVB长余辉发光材料可以在明亮室内照明环境下进行成像标记实验。

关键词：长余辉发光 Pr3+ 深紫外发光热释光

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荧光碳点的合成及其光学性质的研究

荧光碳点的合成及其光学性质的研究

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作者：宋世玉郑州大学

学位级别：硕士

近些年来,碳点作为一种新型荧光碳基纳米材料引起研究者广泛的关注。碳点具有良好的生物相容性、低毒性、耐光漂白性、易于功能化、发光光谱范围广且可调、制备成本低廉等诸多优点,进而在离子检测、细胞荧光标记、运输药物治疗、发光二... 详细信息

近些年来,碳点作为一种新型荧光碳基纳米材料引起研究者广泛的关注。碳点具有良好的生物相容性、低毒性、耐光漂白性、易于功能化、发光光谱范围广且可调、制备成本低廉等诸多优点,进而在离子检测、细胞荧光标记、运输药物治疗、发光二极管、超级电容器和光催化等众多领域得到广泛应用。碳点自2004年被发现到现在,已经在发光领域已经取得了重要的进展。大量可见光波段的荧光碳点被合成报道,然而具有短波长深紫外和长波长红光/近红外发光碳点的研究报道很少,其合成仍然存在挑战。考虑到深紫外荧光碳点作为深紫外光源在照明、杀菌、印刷、保密通讯等领域的应用以及红光/近红外荧光碳点在生物成像、诊断等领域的良好应用前景。本研究工作主要研究深紫外以及红光/近红外荧光碳点的合成及其光学特性,相关研究成果如下:1)采取密度泛函理论的第一性原理计算方法首次设计三种具有深紫外荧光发射的碳点构型,在此基础上,以苯胺(邻苯二胺、间苯二胺、对苯二胺)和甲基红为前驱体,以DMF为溶剂,通过溶剂热法实验制备出深紫外荧光碳点。碳点发射波长位于280 nm-300 nm,荧光量子效率为31.6%,且高效的深紫外荧光发射来源于核态载流子的π-π*跃迁。通过对碳点的内外结构元素表征,碳点主要由碳、氮、氧元素组成,内部碳元素的含量要远高于碳点表面,表明碳点含有一个碳核并且其表面携带一些官能团(氨基和羟基)。由于碳点表面基团对碳核具有钝化保护的作用,碳点的深紫外发光不具有波长依赖性,而且其发光不会随着溶剂环境的变换而改变。基于深紫外荧光碳点的优异光学性能,制备了深紫外发光二极管(LED),并作为激发源,实现了对蓝色、绿色和红色荧光碳点的激发,表明其在深紫外光源中的潜在应用。2)利用无溶剂法制备红光/近红外荧光碳点,以邻苯二胺为原料,氯化铝为热解催化剂,原位无溶剂碳化加热方式来制备碳点,产率达到60%。碳点的发光波长覆盖整个红光和大部分近红外一区区域,量子效率达到57%。通过自主搭建的多光子荧光探测系统,首次实现了碳点在三个近红外窗口处(NIR-I,650–950 nm;NIR-II,1100–1350 nm;NIR-III,1600–1870 nm)的单光子、双光子、三光子和四光子激发的红色/近红外荧光。基于碳点的优异的多光子性质,将其应用于生物细胞进行荧光成像探索,实现了单光子和双光子的上转换细胞荧光成像,表明了该具有多光子荧光性质的碳点在生物领域的应用。

关键词：碳点深紫外发光第一性原理多光子荧光近红外发光细胞成像

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稀土掺杂纳米晶的光谱调控

稀土掺杂纳米晶的光谱调控

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中国稀土学会2017学术年会

作者：王锋香港城市大学物理及材料科学系香港城市大学深圳研究院

镧系稀土掺杂纳米晶因具有一系列独特的光谱性质而在照明、显示、激光、光伏、以及生物医学等方向产生了巨大的影响。这类材料不仅能够替代传统荧光染料和半导体量子点进行高灵敏的生物监测和高质量的生物成像,还能借助于独有的光子上... 详细信息

镧系稀土掺杂纳米晶因具有一系列独特的光谱性质而在照明、显示、激光、光伏、以及生物医学等方向产生了巨大的影响。这类材料不仅能够替代传统荧光染料和半导体量子点进行高灵敏的生物监测和高质量的生物成像,还能借助于独有的光子上转换过程实现基于活体的光学图像构建和光控释药。本报告将介绍我们课题组在应对实际应用需要,开发新型稀土掺杂核壳纳米晶方面所开展的工作,着重介绍核壳结构中能量传递的机理探索及利用、以及如何优化纳米晶的性质并进而拓展其在前沿技术中的应用。

关键词：核壳结构光子上转换能量传递镧系稀土深紫外发光

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核壳纳米结构中稀土发光性质的探索

核壳纳米结构中稀土发光性质的探索

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中国化学会第30届学术年会

作者：王锋香港城市大学深圳研究院香港城市大学物理及材料科学系

镧系稀土掺杂纳米晶因具有一系列独特的光谱性质而在照明、显示、激光、光伏、以及生物医学等方向产生了巨大的影响。这类材料不仅能够替代传统荧光染料和半导体量子点进行高灵敏的生物监测和高质量的生物成像,还能借助于独有的光子上转换过程实现基于活体的光学图像构建和光控释药。本报告将系统介绍我们课题组在应对实际应用需要,开发新型稀土掺杂核壳纳米晶方面所开展的工作,包括核壳纳米晶的可控制备及结构表征、核壳结构中能量传递的机理探索及利用、以及我们如何优化纳米晶的性质并进而拓展其在前沿技术中的应用。

关键词：核壳结构光子上转换能量传递镧系稀土深紫外发光

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