過渡金屬Zn2+,Ni2+,Mn2+對上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料光譜性能的影響.pdf

1、稀土離子摻雜的上轉(zhuǎn)換納米材料與量子點、有機染料相比有較高的化學穩(wěn)定性、較窄的發(fā)射光帶、較大的壽命、較高的熒光效率和較低的輻射背景，并且在太陽能電池、光信息編碼、防偽標識、新型的照明、生物標記以及藥物治療方面具有較大的應用潛力。然而上轉(zhuǎn)換材料的上轉(zhuǎn)換效率低一直制約著它的廣泛應用，科研者為了提高上轉(zhuǎn)換材料的效率嘗試了很多方法，例如摻雜不同的金屬原子來改善晶格結(jié)構(gòu)，改變材料的晶體場環(huán)境，制造核殼結(jié)構(gòu)減少晶體的表面淬滅，增加敏化劑或者摻雜不同的

2、稀土原子達到增加材料的激發(fā)光譜或者減少非輻射馳豫的能級損失等。作為目前比較流行的策略，將金屬原子摻雜到基質(zhì)材料中不僅能夠起到調(diào)節(jié)材料的尺寸或者相，還能夠起到調(diào)制材料的發(fā)光作用。
　　本文分三個部分研究金屬離子對材料的影響，第一部分在 NaYF4:Tm3+/Yb3+材料的合成過程中引入額外的Zn2+離子到溶液的前驅(qū)體中，進而觀察 Zn2+離子對NaYF4:Tm3+/Yb3+晶體的生長影響和發(fā)光強度的變化，通過試驗數(shù)據(jù)分析和文獻調(diào)研對

3、其中的生長機理進行詳細的探討和解釋，對熒光強度的變化進行解釋說明；第二部分將Ni2+離子摻雜到NaYF4:Yb3+/Er3+晶體中，觀察Ni2+離子對NaYF4:Yb3+/Er3+發(fā)光強度的影響。并通過對實驗數(shù)據(jù)的分析以及在充分調(diào)研文獻的基礎上，對 Ni2+離子影響NaYF4:Yb3+/Er3+的發(fā)光強度及光譜的變化進行了合理的解釋；第三部分由于KMgF3:Yb3+/Er3+晶體在980nm激發(fā)下能夠產(chǎn)生出“生物窗口”的單紅光（~600

4、nm）并且適用于生物標記，因此在充分調(diào)研KMgF3:Yb3+/Er3+納米材料合成方法及光學特性后，通過將Mn2+離子摻雜到KMgF3:Yb3+/Er3+晶體中并通過調(diào)控Mn2+離子濃度的變化，觀察材料的光強變化，并對光強變化給出了合理的解釋。
　　實驗結(jié)果表明，過渡金屬離子不僅對材料的生長和表面形貌有著重要的影響，對材料的發(fā)光性能也存在重要的作用。在NaYF4:Tm3+/Yb3+的反應溶液中額外加入一些Zn2+離子溶液到反應液中

5、，能夠促進晶體的生長，在較短的時間內(nèi)使晶體由立方相轉(zhuǎn)變?yōu)榱较?，進而促進晶體的發(fā)光；將Ni2+離子摻雜到NaYF4:Yb3+/Er3+晶體中不僅能夠使晶體的發(fā)光得到增強，提高材料的上轉(zhuǎn)換效率，并且還能改變Er3+離子的紅綠比進而做到調(diào)制光譜的作用；在合成小尺寸的KMgF3:Yb3+/Er3+晶體后，將Mn2+離子摻雜到晶體中能夠通過多個能量傳遞的方式促進晶體的發(fā)光，并且在尺度和均勻度上顯示優(yōu)異的效果，這些特性對于生物應用領域來講具有非常