上转换纳米粒子中的能量传递、迁移调控及表面猝灭效应定量研究

doi:7119217218A24472026E12FBF5900E0C

	上转换纳米粒子中的能量传递、迁移调控及表面猝灭效应定量研究
	于海洋
学位类型	硕士
导师	孔祥贵
	2019-06-01
学位授予单位	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位授予地点	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
关键词	上转换纳米粒子能量传递能量迁移发光动力学表面猝灭效应
摘要	稀土掺杂上转换发光纳米材料近年来引起了人们的广泛关注,由于其一些独特的光学性质,如窄带多波长发射,反斯托克斯位移大,发光寿命长,光化学稳定性好等,使其在防伪,生物检测,生物成像,太阳能电池等领域都有很好的应用前景。但发光效率低,稀土离子吸收截面小等缺点仍极大地制约该材料的进一步发展。敏化离子(如普遍研究的Yb~(3+)和Nd~(3+)等)和发光离子(如普遍研究的Tm~(3+)和Er~(3+)等)之间以及两者与表面缺陷或配体分子之间的能量传递对上转换发光起着极其关键的作用。因此,开展对上转换纳米粒子中能量传递过程的研究,具有重要的科学研究价值和实际意义。在本工作中,我们首先设计了NaYF_4:Yb/Tm@NaYF_4:Yb@NaYF_4:Yb/Nd上转换纳米粒子核壳结构,研究了在稀土离子之间能量传递、迁移机制下各向异性生长及多光子过程对上转换纳米粒子发光动力学的影响。此外对于不同水相溶剂中的NaYF_4:Yb/Er上转换纳米粒子,我们对由稀土离子与表面缺陷和配体之间的能量传递所引起的表面猝灭效应进行了定量分析。创新性的研究成果概括如下:1.本论文设计了能分别被800 nm和980 nm激光激发的NaYF_4:Yb/Tm@NaYF_4:Yb@NaYF_4:Yb/Nd核壳结构的上转换纳米粒子,通过溶剂热法制备了不同壳-核比(1:1、3:1和7:1,固定核尺度改变壳层厚度)各向同性生长和各向异性生长两种上转换纳米粒子。表征结果显示合成出的纳米粒子具有很好的稳定性及单一性,Tm~(3+)不同发射带的上转换发光分别属于双光子、三光子及四光子过程。2.研究了各向异性生长及多光子过程对能量迁移上转换发光动力学过程的影响。论文对不同壳-核比下,各向同性生长及各向异性生长的上转换纳米粒子的寿命进行了测量,结果表明:随着壳-核比例的增加,上转换纳米粒子的寿命均有延长的现象,且由于各向异性生长的上转换纳米粒子在长轴方向具有更长的能量迁移距离,所以其寿命变化幅度更大。此外相对于980 nm激光的激发,在800 nm激光的激发下,由于800 nm的光吸收只存在于最外壳层,所以上转换纳米粒子中能量迁移的距离更长,寿命延长幅度就更大。对能量传递距离的调控也使得各向异性生长上转换纳米粒子具有更高的发光效率。接下来本文对不同壳-核比下各向异性生长上转换纳米粒子的双光子、三光子及四光子发光过程的寿命进行了对比,结果表明:由于能量传递的函数与该波长上转换过程的阶数(n值)有关,且n越大,函数曲线半高宽越窄,但其峰值位置不变,所以不同多光子过程寿命衰减沿的变化有所区别,但上升沿的变化基本一致。3.对四种不同水相溶剂(水、甲醇、乙醇和N,N-dimethylformamide(DMF))中的稀土上转换纳米粒子表面猝灭效应进行了定量分析。在这一工作中,本论文利用Monte Carlo计算模拟方法,建立了离子-离子相互作用的微观过程与上转换发光关系的物理模型,进而给出了四种不同的水相溶剂对NaYF_4:Yb/Er上转换纳米粒子发光性质影响的量化分析结果。不同溶剂中纳米粒子上转换发光稳态及动力学光谱分析结果均表明,水中的上转换纳米粒子表面猝灭速率最高,甲醇和乙醇中其次,DMF中最低,其归因于溶剂中羟基基团及其活性对于上转换纳米粒子表面猝灭效应的影响。通过计算模拟获得了定量分析结果,获得的四种溶剂中上转换纳米粒子表面猝灭速率分别为:2.5′10~4 s~(-1)(DMF),1′10~5 s~(-1)(甲醇和乙醇),5′10~5 s~(-1)(水)。综上所述,本论文对上转换纳米粒子能量传递、迁移和表面效应进行了研究,研究结果表明各向异性生长的上转换纳米粒子可以获得更大的寿命调控范围及更高的发光效率,而不同水相溶剂中上转换纳米粒子表面猝灭效应的定量分析对于加深人们对稀土上转换材料发光机理的认识,以及促进不同溶剂状态下上转换纳米粒子在不同领域的传感、标记和检测等方面的应用都具有重要的科学意义。
页数	67
DOI	7119217218A24472026E12FBF5900E0C
语种	中文
引用统计
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/63922
专题	中科院长春光机所知识产出
推荐引用方式 GB/T 7714	于海洋. 上转换纳米粒子中的能量传递、迁移调控及表面猝灭效应定量研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所). 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所),2019.

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上转换纳米粒子中的能量传递迁移调控及表面（3890KB）	学位论文		开放获取	CC BY-NC-SA	请求全文