上轉(zhuǎn)換熒光絲素薄膜的制備及其性能研究.pdf

1、柔性熒光薄膜在太陽(yáng)能電池、顯示器、LED、可植入設(shè)備中有著廣泛的研究和應(yīng)用，其常用的熒光組分包括有機(jī)染料、熒光粉、量子點(diǎn)等發(fā)光材料。稀土上轉(zhuǎn)換納米顆粒(UCNPs)是一種在近紅外光激發(fā)下發(fā)出可見(jiàn)光的發(fā)光材料，與上述發(fā)光材料相比，UCNPs具有化學(xué)穩(wěn)定性高、光穩(wěn)定性高、熒光壽命長(zhǎng)、反斯托克斯位移大、發(fā)光譜帶窄、光穿透深度大等諸多優(yōu)點(diǎn)，因而基于UCNPs的復(fù)合薄膜吸引了人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。
　　目前熒光薄膜常用的母體材料主要是聚甲基丙

2、烯酸甲酯(PMMA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)等合成高分子聚合物。然而這些高分子聚合物來(lái)源于不可再生的石油資源，難以降解，其生產(chǎn)和使用給環(huán)境造成了巨大的傷害。特別是隨著生物相容性、可植入光電器件的發(fā)展，迫切需要一種能夠滿足生物相容、生物降解、可持續(xù)發(fā)展等特性的基底材料。
　　與高分子聚合物相比，絲素蛋白(SF)擁有優(yōu)異的光學(xué)性能、生物相容性、可植入性、生物降解性

3、和力學(xué)性能，易于加工成薄膜、凝膠、纖維、三維支架、海綿等各種形態(tài)。因此，將SF作為基底材料與UCNPs復(fù)合得到的熒光薄膜有可能在可穿戴、可植入、可降解的光電器件中有重要的應(yīng)用價(jià)值。
　　本文以NaYF4∶Yb，Er為例，將絲素蛋白作為柔性基底材料與NaYF4∶Yb，Er復(fù)合制備了上轉(zhuǎn)換熒光復(fù)合薄膜。同時(shí)針對(duì)NaYF4∶Yb，Er熒光效率低的缺陷，基于等離子體增強(qiáng)上轉(zhuǎn)換發(fā)光的原理，利用Au納米顆粒和銀納米線(AgNWs)的表面等離子

4、體共振(SPR)效應(yīng)制備了兩種熒光增強(qiáng)的復(fù)合薄膜。
　　(1)使用高溫?zé)岱纸夥ǔ晒χ苽涑銎骄綖?5 nm的β-NaYF4∶Yb，Er納米晶體，在980 nm激光激發(fā)下，熒光光譜有三個(gè)發(fā)射峰，分別對(duì)應(yīng)于Er3+離子的2H11/2→4I15/2(520 nm)、4S3/2→4I15/2(540 nm)、4F9/2→4I15/2(660 nm)的能級(jí)躍遷，其主要的上轉(zhuǎn)換發(fā)光機(jī)制是能量傳遞上轉(zhuǎn)換。
　　(2)利用在硅片上旋涂Na

5、YF4∶Yb，Er再轉(zhuǎn)移到SF中風(fēng)干成膜的方法制備了SF-UCNP復(fù)合薄膜。當(dāng)NaYF4∶Yb，Er濃度為10 mg/mL時(shí)制備得到的SF-UCNP復(fù)合薄膜透光率高達(dá)88％。NaYF4∶Yb，Er納米晶體在SF基底中分散良好，沒(méi)有明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象。傅立葉紅外光譜(FT-IR)、熱分析結(jié)果表明絲素薄膜二級(jí)結(jié)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生變化。在980 nm激光激發(fā)下，SF-UCNP復(fù)合薄膜發(fā)出肉眼清晰可見(jiàn)的綠光。
　　(3)在硅片上旋涂NaYF4∶Yb，

6、Er，然后在其表面噴金后轉(zhuǎn)移到SF中風(fēng)干成膜，制備了一種熒光增強(qiáng)的SF-UCNP-Au復(fù)合薄膜。噴金30 s得到的復(fù)合薄膜熒光強(qiáng)度增加最多，超過(guò)30s后，熒光強(qiáng)度急劇下降，此時(shí)非輻射衰減起主要作用，導(dǎo)致UCNPs熒光淬滅。噴金30 s得到的SF-UCNP-Au復(fù)合薄膜的透光率80％，熒光壽命減小。噴金對(duì)復(fù)合薄膜的微觀形貌沒(méi)有產(chǎn)生影響。
　　(4)將AgNWs和β-NaYF4∶Yb，Er依次旋涂在硅片表面，然后轉(zhuǎn)移到SF基底中，制備