稀土掺杂氟化物纳米颗粒的制备及其荧光性能研究

论文摘要

随着纳米技术的快速发展,稀土掺杂荧光纳米材料从二十世纪末开始引起了人们的广泛研究兴趣。这些纳米晶具有窄发射带宽（小于10nm）,长荧光寿命（μs–ms范围内）,抗漂白和低毒性等特点。因此除了广泛应用于全固态激光器、三维彩色显示、太阳能电池外,其还可替代传统的有机荧光染料和量子点,应用于生物多元检测、光动力学治疗和医学成像等方面。众所周知,基质材料的高声子能量是造成稀土离子非辐射跃迁几率增大从而降低荧光效率的主要原因之一,因此有必要找到合适的基质材料来提高稀土离子的荧光效率。稀土氟化物包括REF3与AREF4 （RE= rare earth; A = alkali）具有较低的声子能量、较高的化学稳定性,被认为是稀土离子掺杂的理想基质材料。本文在课题组前几年工作的基础之上,通过调节基质材料组分和稀土离子组合,在磁、光双模纳米晶的制备及强近红外上转换荧光发射研究上取得了一些重要结果。主要内容如下:1.采用水热合成法制备了稀土掺杂KGdF4纳米颗粒。XRD和TEM结果表明所得的纳米晶粒度均匀、结晶完好,颗粒平均尺寸为12 nm。274nm激发下,Eu3+掺杂KGdF4纳米颗粒呈现橙色和红色下转换荧光,表明Gd3+离子和Eu3+间存在能量传递,可通过激发Gd3+离子实现Eu3+离子的发射。980 nm激发下,在Yb3+/Er3+共掺杂KGdF4纳米颗粒中观察到了Yb3+、Er3+间能量传递引起的红绿上转换荧光。磁性测量表明KGdF4:Eu3+纳米颗粒在293K和77K温度下均显示出顺磁性。2.采用水热法制备了Yb3+/Tm3+共掺杂磁性NaGdF4纳米颗粒。XRD结果显示制备的样品为高纯度六角相NaGdF4,TEM结果显示NaGdF4纳米颗粒的直径约为22 nm。在优化Yb3+和Tm3+离子的掺杂浓度后,Yb3+/Tm3+共掺杂NaGdF4纳米颗粒在980 nm下可发射出800 nm的强近红外光。通过引入Sm3+离子,近红外光与475 nm蓝光发射的相对强度增大,比值达到56。这些多功能光磁双模纳米颗粒可望应用于高对比度近红外荧光成像和磁共振成像。3.采用水热合成法制备了尺寸约为42 nm的稀土掺杂正交相KYb2F7纳米颗粒。在980 nm激光激发下,Tm3+掺杂KYb2F7纳米颗粒可发射强的475 nm蓝光和800 nm近红外上转换荧光。通过引入Sm3+离子,Tm3+掺杂KYb2F7纳米颗粒的高能发射得到有效抑制,从而增加了近红外光与可见光的强度比。这种具有强近红外发射的稀土掺杂KYb2F7纳米颗粒可望用于深层的生物组织和器官近红外成像,并极大地增加成像对比度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 上转换发光机理
• 1.3 稀土掺杂纳米晶的化学合成工艺
• 1.3.1 热分解法
• 1.3.2 水热（溶剂热）合成法
• 1.3.3 原位转化法
• 1.3.4 离子液体合成法
• 1.4 稀土掺杂荧光纳米晶在生物医学上的应用
• 1.5 多功能纳米晶的设计策略
• 1.6 本文的选题依据及主要工作
• 4纳米颗粒的荧光性能研究'>第2章 稀土掺杂磁性 KGdF₄纳米颗粒的荧光性能研究
• 2.1 引言
• 2.2 样品的制备与测试
• 2.3 XRD 结构表征和透射电镜（TEM）分析
• 2.4 傅里叶变换红外吸收光谱
• 4:Ln³⁺（Ln=Eu, Tb，Yb/Er）纳米颗粒荧光特性研究'>2.5 KGdF₄:Ln³⁺（Ln=Eu, Tb，Yb/Er）纳米颗粒荧光特性研究
• 3+纳米颗粒下转换特性研究'>2.5.1 KGdF:Eu³⁺纳米颗粒下转换特性研究
• 3+纳米颗粒下转换特性研究'>2.5.2 KGdF:Tb³⁺纳米颗粒下转换特性研究
• 4:Yb³⁺/Er³⁺纳米颗粒上转换特性研究'>2.5.3 KGdF₄:Yb³⁺/Er³⁺纳米颗粒上转换特性研究
• 3+纳米颗粒磁性研究'>2.6 KGdF:Eu³⁺纳米颗粒磁性研究
• 2.7 小结
• 4纳米颗粒的合成及其强近红外上转换特性研究'>第3章 稀土掺杂磁性 NaGdF₄纳米颗粒的合成及其强近红外上转换特性研究
• 3.1 引言
• 3.2 样品制备与测试
• 3.3 XRD 与透射电镜（TEM）结果分析
• 3+（Ln=Yb/Tm, Sm/Yb/Tm）掺杂 NaGdF4纳米颗粒的近红外上转换特性研究'>3.4 Ln³⁺（Ln=Yb/Tm, Sm/Yb/Tm）掺杂 NaGdF4纳米颗粒的近红外上转换特性研究
• 3+离子掺杂浓度对 NaGdF₄:Yb³⁺/Tm³⁺纳米颗粒近红外发射的影响'>3.4.1 不同 Tm³⁺离子掺杂浓度对 NaGdF₄:Yb³⁺/Tm³⁺纳米颗粒近红外发射的影响
• 3+离子掺杂浓度对 NaGdF₄:Yb³⁺/Tm³⁺纳米颗粒近红外发射的影响'>3.4.2 不同 Yb³⁺离子掺杂浓度对 NaGdF₄:Yb³⁺/Tm³⁺纳米颗粒近红外发射的影响
• 3+/Yb³⁺/Tm³⁺三掺杂 NaGdF₄纳米颗粒的近红外上转换特性研究'>3.4.3 Sm³⁺/Yb³⁺/Tm³⁺三掺杂 NaGdF₄纳米颗粒的近红外上转换特性研究
• 3.5 小结
• 2F₇纳米颗粒的合成及其强近红外上转换特性研究'>第4章 稀土掺杂 KYb₂F₇纳米颗粒的合成及其强近红外上转换特性研究
• 4.1 引言
• 4.2 样品制备与测试
• 4.3 XRD 结构分析和透射电镜（TEM）分析
• 3+（Ln= Tm,Tm/Sm）掺杂 KYb₂F₇纳米颗粒上转换发光'>4.4 Ln³⁺（Ln= Tm,Tm/Sm）掺杂 KYb₂F₇纳米颗粒上转换发光
• 3+掺杂 KYb₂F₇ 纳米颗粒上转换光学特性'>4.4.1 Tm³⁺掺杂 KYb₂F₇纳米颗粒上转换光学特性
• 3+/Sm³⁺共掺杂 KYb₂F₇纳米颗粒上转换光学特性'>4.4.2 Tm³⁺/Sm³⁺共掺杂 KYb₂F₇纳米颗粒上转换光学特性
• 4.5 小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文