本文關(guān)鍵詞：三類用于傳感的稀土發(fā)光材料機(jī)理研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：現(xiàn)代社會對傳感器的需求使得傳感機(jī)理的研究和發(fā)展不斷深入,應(yīng)用于傳感的稀土摻雜發(fā)光材料是其中較為典型的代表。稀土離子特有的光譜性質(zhì)使得它們具有較好的熒光探針特性,這對于探測材料的短程有序性以及稀土離子自身的電子結(jié)構(gòu)具有重要的意義。無機(jī)納米探針在生物熒光標(biāo)記方面具有重要的潛在應(yīng)用價值,其中稀土摻雜的上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米顆粒因其低毒、高穩(wěn)定性等優(yōu)勢越來越受到關(guān)注,提高上轉(zhuǎn)換發(fā)光的效率有助于實(shí)現(xiàn)良好的生物熒光標(biāo)記�；谙⊥涟l(fā)光材料的光學(xué)溫度探測是較好的非接觸式測溫方法,提高測溫靈敏度是研究的重點(diǎn)之一。考慮到上述對傳感機(jī)理的需求,本論文主要從以下三方面展開研究：稀土離子的熒光探針特性,應(yīng)用于生物熒光標(biāo)記的上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米顆粒以及光的溫度傳感。 第一章中,我們介紹了傳感器和稀土離子的基本情況,詳細(xì)的介紹了晶體場對稀土能級產(chǎn)生的影響和發(fā)光離子的熒光探針作用以及無機(jī)納米探針在生物標(biāo)記中的應(yīng)用,其中重點(diǎn)介紹了Eu3-的熒光探針特性和稀土離子摻雜的上轉(zhuǎn)換納米顆粒。另外簡單的介紹了溫度測量的基本方法和光的溫度傳感特性。 第二章研究了NaYF4納米顆粒和CaWO4納米棒中Eu3-的熒光探針作用。首先,我們采用借助于油酸和十八烯作為溶劑的濕化學(xué)法合成了單分散性好的六方相的NaYF4:Eu3+的核和NaYF4:Eu@NaYF4的核殼納米顆粒。我們對核與核殼結(jié)構(gòu)的發(fā)光性質(zhì)進(jìn)行了詳細(xì)的研究,討論了他們的發(fā)光性質(zhì)與結(jié)構(gòu)的關(guān)系。另外,我們還研究了它們的發(fā)光衰減曲線,它們所揭示的變化與發(fā)射譜符合的非常好。同時為了更深刻的了解Eu3+摻雜的NaYF4納米材料,我們還計算了Eu3+的5D0的內(nèi)量子效率。 另外,我們采用溶劑熱的方法,合成了直徑分布比較均一、分散性較好的CaWO4 :Eu3+, Li+納米棒材料,并對CaWO4:Eu3+, Li+納米棒材料的光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了詳細(xì)的研究。我們重點(diǎn)研究了CaWO4:Eu3+, Li-納米棒材料中Eu3+的5D0能級的壽命,分析了材料的緊致度和分散性對其5D0能級壽命的影響,并從實(shí)驗上驗證了這種分析。實(shí)驗結(jié)果表明,Eu3+的5D0能級的壽命的長短受到材料的緊致度和分散性的調(diào)制,這主要是由于納米棒的粒徑和Eu3+周圍環(huán)境的有效折射率的大小所導(dǎo)致的。 第三章研究了YbAG:Er,Mo中上轉(zhuǎn)換發(fā)光機(jī)理。近來有文獻(xiàn)報道,在YbAG、 Yb2Ti2O7等氧化物中通過Mo與Er的共摻可以大幅度的提高綠色上轉(zhuǎn)換發(fā)光的效率。并且相對于不摻Mo的Er-Yb體系,通過Er-Yb-Mo體系,在YbAG中實(shí)現(xiàn)了四個量級的綠色上轉(zhuǎn)換發(fā)光的增強(qiáng)。然而我們注意到,關(guān)于這種奇異的上轉(zhuǎn)換發(fā)光仍然存在很多疑點(diǎn)。首先,在已經(jīng)報道的文獻(xiàn)所給出的XRD中,摻鉬以后有明顯的雜相出現(xiàn),但文獻(xiàn)中對此卻沒有給出解釋。第二,對于Er-Yb體系和Er-Yb-Mo體系,它們的發(fā)射譜在譜形和譜峰位置上存在很大的差異。第三,文獻(xiàn)中對于這種奇異上轉(zhuǎn)換發(fā)光現(xiàn)象給出的理論解釋是一種新的能量傳遞途徑,Yb3+與MoO42-形成一種Yb3+-MoO42-聚體,有這種新的聚體將能量傳遞給發(fā)光中心,并且說明這是一個雙光子過程。然而,他們將這種能量傳遞方式歸為“基態(tài)吸收-激發(fā)態(tài)吸收”的過程,然而我們知道“基態(tài)吸收-激發(fā)態(tài)吸收”過程是一個效率很低的過程,因此通過這樣一個效率比較低的過程實(shí)現(xiàn)效率四個量級的提高是值得疑問的。第四,MoO42-基團(tuán)的最低激發(fā)態(tài)要比兩個980nm的光子的能量高很多,據(jù)文獻(xiàn)報道Yb3+吸收兩個980nnm的光子然后將能量傳遞給MoO42-基團(tuán),可是這種大能量失配的能量傳遞過程效率是非常低的,因此也不可能由此導(dǎo)致效率四個量級的提高。同時,通過我們之前的實(shí)驗我們注意到,Er-Yb在鉬酸鹽和鎢酸鹽體系中一般情況下會有比較強(qiáng)的綠色上轉(zhuǎn)換發(fā)光�；谝陨显�,我們認(rèn)為進(jìn)一步的核實(shí)這種奇異的上轉(zhuǎn)換發(fā)光和弄清楚其中的機(jī)理是很有必要的。為了弄清楚材料中所含的雜相以及進(jìn)一步判斷這種奇異的上轉(zhuǎn)換發(fā)光是否來源于這種雜相,我們進(jìn)行了一系列的實(shí)驗,并且最終將這種奇異的上轉(zhuǎn)換現(xiàn)象歸因與其中的雜相Yb2(MoO4)3:Er3+。 第四章中,我們選擇了六方相的NaYF4材料作為我們的基質(zhì)材料。在574.8nm激光激發(fā)下,我們系統(tǒng)地研究了NaYF4:Nd3+微晶材料中Nd3+在不同溫度下的發(fā)光性質(zhì)。通過應(yīng)用熒光強(qiáng)度比技術(shù),我們證實(shí)了Nd3+的4F3/2和4F7/2能級確實(shí)如我們之前預(yù)想的一樣實(shí)現(xiàn)了熱耦合。而且通過采用Nd3-的4F3/2和4F7/2能級的熒光強(qiáng)度比值,在溫度探測方面我們獲得了較高的相對靈敏度。數(shù)據(jù)顯示,在500K時相對靈敏度為1.12%K-1。另外我們研究了隨著溫度提高,Nd3+的4F5/2和4F7/2能級發(fā)光強(qiáng)度的變化。通過引入包含光激發(fā)和熱耦合激發(fā)態(tài)間多聲子吸收過程的速率方程模型,我們很好地解釋了這種隨溫度提高發(fā)光強(qiáng)度顯著增強(qiáng)的實(shí)驗現(xiàn)象。
【關(guān)鍵詞】：傳感 稀土離子 光譜學(xué) 熒光探針 上轉(zhuǎn)換納米顆粒 生物熒光標(biāo)記 溫度傳感 機(jī)理 熒光強(qiáng)度比值
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O482.31
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第一章 緒論13-41
• 1.1 傳感技術(shù)13-14
• 1.1.1 傳感器的定義13
• 1.1.2 傳感器的組成和分類13-14
• 1.1.3 傳感器的基本特性及應(yīng)用14
• 1.2 稀土離子與熒光探針傳感技術(shù)14-24
• 1.2.1 稀土離子的能級15-17
• 1.2.2 晶體場對稀土能級的影響17-22
• 1.2.3 發(fā)光離子的探針作用22-24
• 1.3 無機(jī)納米探針與生物標(biāo)記24-32
• 1.3.1 納米材料24-25
• 1.3.2 生物標(biāo)記技術(shù)25-27
• 1.3.3 無機(jī)納米探針的主要類型及其應(yīng)用進(jìn)展27-32
• 1.4 光的溫度傳感32-33
• 1.4.1 溫度測量32
• 1.4.2 光的溫度傳感應(yīng)用32-33
• 1.5 本論文主要工作介紹33-35
• 參考文獻(xiàn)35-41
• 第二章 NaYF_4納米顆粒和CaWO_4納米棒中Eu_(3+)的熒光探針作用41-67
• 2.1 引言41-42
• 2.2 NaYF_4：Eu~(3+)核與核殼結(jié)構(gòu)的合成及其發(fā)光性質(zhì)的研究42-53
• 2.2.1 研究背景介紹42-43
• 2.2.2 濕化學(xué)法43-44
• 2.2.3 制備NaYF_4：Eu~(3+)核和NaYF_4：Eu~(3+)@NaYF_4核@殼納米發(fā)光材料44-46
• 2.2.4 NaYF_4：Eu~(3+)納米顆粒的表面修飾46-47
• 2.2.5 形貌表征47-48
• 2.2.6 Eu~(3+)的發(fā)光行為48-53
• 2.3 Eu~(3+),Li~+共摻的CaWO_4納米棒的發(fā)光性質(zhì)及壽命的研究53-61
• 2.3.1 研究背景介紹53-54
• 2.3.2 溶劑熱法介紹54
• 2.3.3 制備Eu~(3+),Li~+共摻的CaWO_4材料54-56
• 2.3.4 結(jié)構(gòu)與形貌分析56-57
• 2.3.5 Eu~(3+)的發(fā)光行為57-61
• 2.4 小結(jié)61-63
• 參考文獻(xiàn)63-67
• 第三章 YbAG：Er,Mo中上轉(zhuǎn)換發(fā)光機(jī)理的研究67-75
• 3.1 研究背景67-68
• 3.2 YbAG：Er,Mo和Yb_2(MoO_4)_3：Er的合成68-69
• 3.2.1 溶膠-凝膠法合成YbAG：Er,Mo68-69
• 3.2.2 高溫固相法合成Yb_2(MoO_4)_3：Er~(3+)69
• 3.3 雜相成分分析69-73
• 3.4 小結(jié)73-74
• 參考文獻(xiàn)74-75
• 第四章 NaYF_4：Nd~(3+)中基于階梯能級協(xié)助的熱耦合溫度探測和熱增強(qiáng)發(fā)光75-101
• 4.1 研究背景介紹75-77
• 4.1.1 溫度測量75-76
• 4.1.2 孤立中心系激發(fā)態(tài)過程的動力學(xué)76-77
• 4.2 NaYF_4：Nd~(3+)微晶的合成77-79
• 4.2.1 水熱法的介紹77-78
• 4.2.2 水熱法合成NaYF_4：Nd~(3+)微晶78-79
• 4.3 形貌和結(jié)構(gòu)分析79-80
• 4.4 NaYF_4：Nd~(3+)微晶的發(fā)光性質(zhì)80-84
• 4.5 NaYF_4：Nd~(3+)微晶的光學(xué)溫度探測性質(zhì)84-96
• 4.5.1 短波長激發(fā)的熒光強(qiáng)度比測溫85-90
• 4.5.2 793.8 nm激光激發(fā)的熱增強(qiáng)發(fā)光90-93
• 4.5.3 864.2 nm激光激發(fā)的熱增強(qiáng)發(fā)光93-96
• 4.6 小結(jié)96-98
• 參考文獻(xiàn)98-101
• 結(jié)論101-103
• 致謝103-105
• 碩博連讀期間發(fā)表論文目錄105

【參考文獻(xiàn)】

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1 尹民;聞軍;段昌奎;;稀土離子激活發(fā)光材料中能級躍遷的選擇定則[J];發(fā)光學(xué)報;2011年07期

  本文關(guān)鍵詞：三類用于傳感的稀土發(fā)光材料機(jī)理研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：335166