稀土氧化物和氟化物納米晶上轉(zhuǎn)換熒光光譜的設(shè)計(jì)研究.pdf

1、連續(xù)光頻率上轉(zhuǎn)換在醫(yī)學(xué)探測和編碼、人體內(nèi)部疾病光動(dòng)力治療、開發(fā)連續(xù)短波長激光器、立體成像、顯示等方面都有美好的應(yīng)用前景。然而，目前在上轉(zhuǎn)換熒光發(fā)射方面還存在著諸如光光轉(zhuǎn)換效率不高、光譜人工設(shè)計(jì)嚴(yán)重不足、紫外上轉(zhuǎn)換發(fā)射很少被設(shè)計(jì)等問題，從而影響了上轉(zhuǎn)換在醫(yī)學(xué)和光子學(xué)方面的應(yīng)用。本文以稀土氧化物和氟化物為研究對象，在上轉(zhuǎn)換熒光光譜設(shè)計(jì)、熒光增強(qiáng)方法、紫外上轉(zhuǎn)換熒光的獲得，以及在醫(yī)學(xué)中應(yīng)用等方面開展了系統(tǒng)的研究。
　　開展了氧化物單色和

2、白光上轉(zhuǎn)換發(fā)光的設(shè)計(jì)研究。通過調(diào)節(jié) Yb3+離子摻雜濃度，在980 nm激光激發(fā)下，獲得了單紅和單綠上轉(zhuǎn)換熒光；通過激發(fā)光和熒光功率關(guān)系分析、熒光光譜分析，和速率方程理論分析，闡明了單色上轉(zhuǎn)換發(fā)射機(jī)制；通過定義“抑制比”概念，提出了對單色上轉(zhuǎn)換發(fā)射的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；通過 Er3+、Tm3+和 Yb3+的合理配比，獲得了在寬功率范圍內(nèi)的980 nm激光激發(fā)下納米粒子的白光上轉(zhuǎn)換發(fā)射；通過實(shí)驗(yàn)和理論分析，闡明了白光上轉(zhuǎn)換發(fā)射機(jī)制。
　　對氧

3、化物上轉(zhuǎn)換發(fā)光增強(qiáng)方法進(jìn)行了研究。通過在稀土上轉(zhuǎn)換納米材料中，進(jìn)一步引入 Li+離子摻雜，獲得了二個(gè)數(shù)量級增強(qiáng)的上轉(zhuǎn)換發(fā)光。通過大量的實(shí)驗(yàn)和理論分析，提出了其增強(qiáng)機(jī)制：Li+離子的引入，使其在晶格中占位，從而修飾了晶格場，使稀土離子相關(guān)能級的壽命增加，從而實(shí)現(xiàn)了上轉(zhuǎn)換發(fā)光增強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明這種增強(qiáng)方法不僅適用于不同的稀土離子的上轉(zhuǎn)換發(fā)光增強(qiáng)，而且適用于不同基質(zhì)中稀土離子的上轉(zhuǎn)換發(fā)光增強(qiáng)。證明了這種增強(qiáng)方法是普適的。
　　對紫外上轉(zhuǎn)

4、換發(fā)光進(jìn)行了研究。在 Yb3+/Tm3+摻雜的氧化物中，在980 nm激光激發(fā)下觀察到300 nm附近的紫外上轉(zhuǎn)換發(fā)光，激發(fā)光和熒光功率關(guān)系表明其紫外輻射為五光子和六光子過程；提出了其上轉(zhuǎn)換發(fā)光機(jī)制。提出并證實(shí)了Yb3+/Er3+摻雜的氧化物中藍(lán)色和紫外上轉(zhuǎn)換熒光的發(fā)光機(jī)制。觀察到980 nm激光激發(fā)下240-490 nm波段的 Yb3+/Ho3+摻雜的氟化物的上轉(zhuǎn)換發(fā)射，提出并證實(shí)了其發(fā)光機(jī)制并解釋了觀察到的飽和現(xiàn)象。采用 Ho3+離

5、子敏化 Gd3+離子設(shè)計(jì)獲得 NaGdF4:Yb3+/Ho3+納米晶中 Gd3+離子紫外上轉(zhuǎn)換發(fā)光，并解釋了其發(fā)光機(jī)制。觀察到在氟化物中摻雜 Er3+以及 Er3+敏化 Gd3+離子的近真空紫外上轉(zhuǎn)換發(fā)光和超級飽和效應(yīng)，提出并解釋其發(fā)光機(jī)制。
　　對醫(yī)用納米粒子制備、上轉(zhuǎn)換發(fā)光和醫(yī)學(xué)應(yīng)用進(jìn)行了研究。采用濕化學(xué)方法，探索出不同尺寸氟化物納米粒子及其包殼的制備工藝，制備出可控尺寸和形貌的氟化物納米材料和核殼結(jié)構(gòu)的氟化物納米材料。通過