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上轉(zhuǎn)換納米材料發(fā)光機理和光學性能在生物應(yīng)用方面的簡述

時間:2022-02-09 17:42:25       瀏覽:1203
上轉(zhuǎn)換納米發(fā)光材料(UCNPs)是一種能在長波長光激發(fā)下發(fā)出短波長光的發(fā)光材料.UCNPs在980 nm紅外光激發(fā)下,能發(fā)出不同顏色的可見光,可以提高信噪比,所以UCNPs在三維立體顯示、上轉(zhuǎn)換激光器、紅外探測、生物成像及生物檢測等方面有普遍的應(yīng)用前景。
上轉(zhuǎn)換納米材料的發(fā)光機理:

上轉(zhuǎn)換發(fā)光過程主要來自于稀土離子內(nèi)4f-4f軌道電子躍遷。在外層的5s和5p電子屏蔽下,稀土離子的4f電子能夠發(fā)出尖銳的線狀發(fā)射峰,從而能很好地抗光漂白和光降解。此外,雖然稀土離子內(nèi)層4f電子躍遷基于量子選擇力學是禁止的,但是局部晶體場誘導(dǎo)混合更高電子構(gòu)型的f組態(tài)后,4f電子間可以發(fā)生弛豫。由于4f-4f電子間躍遷禁止,三價稀土離子通常具有長壽命發(fā)光(達毫秒級別),因此其激發(fā)態(tài)能夠連續(xù)吸收幾個光子,并且允許激發(fā)態(tài)離子間發(fā)生相互作用,從而發(fā)生稀土離子間的能量轉(zhuǎn)移過程。摻雜稀土離子的這些特點決定了基本的上轉(zhuǎn)換發(fā)光機制,包括激發(fā)態(tài)吸收、能量轉(zhuǎn)移上轉(zhuǎn)換、光子雪崩、協(xié)同能量轉(zhuǎn)移、能量遷移上轉(zhuǎn)換。
上轉(zhuǎn)換納米材料的合成及其光學性能:

稀土摻雜的NaYF4上轉(zhuǎn)換熒光粉由于優(yōu)良的化學以及發(fā)光性能,包括低聲子能量、窄發(fā)射峰,長熒光壽命,較強的光穩(wěn)定性和低毒性,制備上轉(zhuǎn)化發(fā)光效率比較高、形貌可控、粒徑又相對比較小的納米粒子,以便用于生物檢測應(yīng)用:  
1、通過水熱法,成功合成了大小為100-200nm,晶相單一的球形NaYF4:Yb/Er上轉(zhuǎn)換納米材料。并通過改變氟源的用量來調(diào)整產(chǎn)物的晶相,形貌以及尺寸大小。而通過添加EDTA,使之與稀土金屬離子絡(luò)合,可以限制晶體的形貌生長的各項異性,使之生成漂亮的球形產(chǎn)物。  
2、用微乳液(水/乙醇/油酸鈉/油酸/正己烷)的界面控制反應(yīng)來合成NaYF4:Yb/Er,通過實驗制得該體系的相圖并找出適合的水包油微乳液,來合成目標上轉(zhuǎn)換納米材料,TEM和XRD測量表明,所制備的納米粒子呈球形,單分散,大小均勻,尺寸約為20nm,并具有良好的結(jié)晶立方相。這些粒子在非極性有機溶劑中有良好的分散性,并在980nm的激光照射下發(fā)出橙色的上轉(zhuǎn)換發(fā)光。  
3、通過鑭系摻雜,在NaYF4基質(zhì)中摻雜一定量的稀土金屬Gd,綜合利用微乳法和水熱法來合成上轉(zhuǎn)換納米材料,且通過改變反應(yīng)條件,成功合成了小尺寸的六方相晶型的NaYF4,即合成單分散,高產(chǎn)率,小尺寸,純六方相的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料,并用熱力學(包括有機表面活性劑影響和“滲透-控制生長”機理影響)及動力學兩種方式對小尺寸六方體形貌控制機理。

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