稀土摻雜氟化物上轉(zhuǎn)換納米晶體因其獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì),在光譜轉(zhuǎn)換、太陽能電池、熒光顯示、生物/細(xì)胞成像、傳感檢測、超分辨顯微成像、微納激光器等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。盡管上轉(zhuǎn)換納米晶體具備較大的反斯托克斯位移、光穩(wěn)定性好、無光漂白、檢測背景低、信噪比高和組織穿透能力強(qiáng)等諸多優(yōu)越的特點(diǎn),但也存在著一些亟需解決的關(guān)鍵性問題。尤其是,稀土離子本身固有的窄帶吸收和弱吸收的特性,導(dǎo)致上轉(zhuǎn)換發(fā)光效率低,限制了其進(jìn)一步的應(yīng)用。本文以Er³⁺摻雜氟化物上轉(zhuǎn)換體系為研究對象,針對上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度低的問題,通過寬帶強(qiáng)吸收有機(jī)染料級聯(lián)敏化體系設(shè)計(jì)、活性發(fā)光離子高濃度摻雜及濃度猝滅抑制、激發(fā)態(tài)能量限制體系設(shè)計(jì)和優(yōu)化等途徑,實(shí)現(xiàn)高效上轉(zhuǎn)換納米體系的構(gòu)筑,并對其在太陽能電池、生物細(xì)胞標(biāo)記和成像以及溫度傳感等方面的應(yīng)用開展研究。構(gòu)建有機(jī)染料級聯(lián)敏化上轉(zhuǎn)換納米體系,拓展稀土離子的光譜響應(yīng)區(qū)間,增強(qiáng)光子捕獲能力。基于該有機(jī)-無機(jī)雜化體系的能量傳遞途徑,通過對能量匹配性和能量傳遞距離的優(yōu)化,篩選能與納米顆粒有效螯合的近紅外染料分子IR783,并選擇與其能量較為匹配的Nd³⁺離子作為能量遷移... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：141 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題背景及研究目的和意義
    1.2 稀土摻雜上轉(zhuǎn)換發(fā)光機(jī)制
        1.2.1 激發(fā)態(tài)吸收上轉(zhuǎn)換
        1.2.2 能量傳遞上轉(zhuǎn)換
        1.2.3 光子雪崩
        1.2.4 能量遷移上轉(zhuǎn)換
        1.2.5 合作敏化上轉(zhuǎn)換
        1.2.6 交叉弛豫
    1.3 稀土摻雜上轉(zhuǎn)換納米晶的制備及能量傳遞方式刻畫
        1.3.1 NaReF_4基上轉(zhuǎn)換納米晶體的制備
        1.3.2 稀土摻雜上轉(zhuǎn)換納米體系的能量通量刻畫
    1.4 稀土摻雜上轉(zhuǎn)換納米晶體的應(yīng)用
        1.4.1 在太陽能電池光譜轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用與限制
        1.4.2 在生物標(biāo)記及光遺傳的研究
        1.4.3 在傳感檢測中的應(yīng)用及要求
        1.4.4 在超分辨顯微成像中的應(yīng)用
        1.4.5 在微納激光器中的應(yīng)用
    1.5 本文的主要研究內(nèi)容
第2章 實(shí)驗(yàn)材料與研究方法
    2.1 實(shí)驗(yàn)原料與試劑
    2.2 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備
    2.3 實(shí)驗(yàn)方法與技術(shù)
        2.3.1 稀土摻雜β-NaYF_4及其核殼結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)換納米晶體的合成方法
        2.3.2 稀土摻雜 α-NaYbF_4及其多層核殼結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)換納米晶體的合成方法
        2.3.3 稀土摻雜上轉(zhuǎn)換納米晶體的表面修飾
        2.3.4 染料敏化太陽能電池的制備方法
    2.4 材料測試與表征
        2.4.1 透射電子顯微鏡測試
        2.4.2 掃描電子顯微鏡測試
        2.4.3 X-射線粉末衍射譜測試
        2.4.4 上轉(zhuǎn)換熒光光譜測試
        2.4.5 太陽能電池光電性能測試
        2.4.6 低溫溫度傳感測試系統(tǒng)
        2.4.7 激光共聚焦顯微鏡測試
第3章 高效級聯(lián)敏化Er~(3+)上轉(zhuǎn)換體系的優(yōu)化與應(yīng)用
    3.1 引言
    3.2 級聯(lián)敏化上轉(zhuǎn)換體系的優(yōu)化
        3.2.1 近紅外染料與稀土離子的匹配性篩選
        3.2.2 上轉(zhuǎn)換納米晶體核殼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化
        3.2.3 有機(jī)染料級聯(lián)敏化體系構(gòu)筑及優(yōu)化
    3.3 級聯(lián)敏化上轉(zhuǎn)換體系在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用
        3.3.1 上轉(zhuǎn)換增強(qiáng)層的構(gòu)筑和優(yōu)化
        3.3.2 太陽能電池性能的表征與機(jī)理分析
    3.4 本章小結(jié)
第4章 寬帶吸收Er~(3+)自敏化上轉(zhuǎn)換納米晶體的優(yōu)化與設(shè)計(jì)
    4.1 引言
    4.2 NaYF_4:x%Er~(3+)上轉(zhuǎn)換體系摻雜濃度的優(yōu)化
        4.2.1 NaYF_4:x%Er~(3+)上轉(zhuǎn)換納米顆粒的制備與表征
        4.2.2 Er~(3+)離子敏化上轉(zhuǎn)換體系濃度猝滅的原因分析
    4.3 NaYF_4:x%Er~(3+)@NaYF_4 核殼結(jié)構(gòu)的合成與濃度猝滅的抑制
        4.3.1 不同殼層厚度NaYF_4:x%Er~(3+)@NaYF_4 核殼結(jié)構(gòu)的制備
        4.3.2 惰性殼層對Er~(3+)濃度猝滅的抑制
    4.4 不同長徑比核殼納米結(jié)構(gòu)的合成與其發(fā)射光譜偏振特性
        4.4.1 不同長徑比核殼納米結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)換晶體單顆粒性能表征
        4.4.2 不同長徑比上轉(zhuǎn)換顆粒偏振特性表征
    4.5 本章小結(jié)
第5章 高效激發(fā)態(tài)能量限制Er~(3+)敏化上轉(zhuǎn)換體系的設(shè)計(jì)與應(yīng)用
    5.1 引言
    5.2 NaErF_4:Ln~(3+)@NaYF_4 陷阱能級中心的優(yōu)化設(shè)計(jì)
        5.2.1 Yb~(3+)陷阱能級的優(yōu)化
        5.2.2 Tm~(3+)陷阱能級的優(yōu)化
        5.2.3 Eu~(3+)及其它陷阱能級的優(yōu)化
    5.3 激發(fā)態(tài)能量限制的機(jī)理研究
        5.3.1 幾種激發(fā)態(tài)能量限制體系對比
        5.3.2 激發(fā)態(tài)能量限制體系機(jī)制分析
        5.3.3 激發(fā)態(tài)能量限制體系理論推廣
    5.4 激發(fā)態(tài)能量限制上轉(zhuǎn)換體系的細(xì)胞成像應(yīng)用
        5.4.1 激發(fā)態(tài)能量限制體系的單顆粒表征及表面修飾
        5.4.2 激發(fā)態(tài)能量限制體系對線粒體的成像
    5.5 本章小結(jié)
第6章 基于Er~(3+)的多層核殼結(jié)構(gòu)超低溫度納米探針的設(shè)計(jì)構(gòu)筑與應(yīng)用探索
    6.1 引言
    6.2 Er~(3+)熱耦合能級在低溫溫度傳感中的應(yīng)用
        6.2.1 Er~(3+)溫度納米探針的性能
        6.2.2 Er~(3+)在超低溫度區(qū)間溫度傳感的限制
    6.3 Tm~(3+)熱耦合能級在低溫區(qū)間的應(yīng)用潛力
    6.4 雙模態(tài)超低溫度傳感納米探針的構(gòu)筑與應(yīng)用
        6.4.1 NaYbF_4:Tm~(3+)@CaF_2@NaYF_4:Yb~(3+)/Er~(3+)@CaF_2 雙模態(tài)納米探針的構(gòu)筑及表征
        6.4.2 NaYbF_4:Tm~(3+)@CaF_2@NaYF_4:Yb~(3+)/Er~(3+)@CaF_2 雙模態(tài)納米探針的溫度傳感應(yīng)用
        6.4.3 NaYbF_4:Tm~(3+)@CaF_2@NaYF_4:Yb~(3+)/Er~(3+)@CaF_2 雙模態(tài)納米探針的溫度傳感的性能分析
    6.5 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果
致謝
個(gè)人簡歷


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]細(xì)胞激光器研究進(jìn)展及應(yīng)用綜述[J]. 杜夢聰,劉倩倩,Marion Lang,王秀翃,王璞.  激光與光電子學(xué)進(jìn)展. 2018(12)
[2]有機(jī)微納激光研究進(jìn)展[J]. 趙金陽,閆永麗,趙永生,姚建年.  中國科學(xué):化學(xué). 2018(02)



本文編號：3461190