稀土摻雜納米發(fā)光材料的合成及上轉(zhuǎn)換特性研究.pdf

1、過(guò)去二十幾年里,稀土摻雜上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料在三維立體顯示、全固態(tài)激光器、紅外探測(cè)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,引起了人們極大的研究興趣。隨著納米科技的興起,納米上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料也成為上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料中新的研究熱點(diǎn),特別是作為生物熒光標(biāo)簽在生物檢測(cè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。與傳統(tǒng)染料標(biāo)簽相比,上轉(zhuǎn)換熒光標(biāo)簽具有高靈敏性、抗漂白、高穩(wěn)定性、環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)。但稀土離子能級(jí)豐富,激發(fā)時(shí)常有多條譜線,而單帶發(fā)射是生物標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)識(shí)別及多分子追蹤的一個(gè)基本要求。另一

2、方面,利用上轉(zhuǎn)換白光納米晶作為生物熒光標(biāo)簽,能夠提供更多的同時(shí)檢測(cè)通道,并能使熒光標(biāo)簽很好區(qū)別于環(huán)境色彩。目前關(guān)于稀土摻雜納米晶上轉(zhuǎn)換單一譜線及白光發(fā)射的報(bào)道卻比較少,因此如何在稀土上轉(zhuǎn)換材料中實(shí)現(xiàn)高純單色發(fā)射或白光發(fā)射,提高識(shí)別效率成為當(dāng)前上轉(zhuǎn)換納米熒光材料作為熒光探針在生物檢測(cè)領(lǐng)域所面臨的挑戰(zhàn)之一。本文分別制備了稀土摻雜ZnO納米晶和稀土摻雜NaYF4納米棒粉末樣品,結(jié)合Raman光譜、X射線衍射(XRD)、透射電鏡(TEM)以及熒

3、光光譜對(duì)樣品的微結(jié)構(gòu)和單帶上轉(zhuǎn)換可調(diào)熒光發(fā)射及上轉(zhuǎn)換白光發(fā)射進(jìn)行了研究。主要內(nèi)容如下:
　　第一部分采用化學(xué)燃燒法制備了一系列Er3+單摻和Er3+-Li+共摻雜ZnO納米粉末樣品,結(jié)合Raman光譜和XRD衍射光譜對(duì)樣品的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。結(jié)果表明熱處理可以改善稀土摻雜ZnO納米晶結(jié)晶質(zhì)量,而Li+離子共摻雜能夠有效促進(jìn)稀土離子融入ZnO基質(zhì)中。上轉(zhuǎn)換熒光光譜則表明Er3+單摻樣品在980nm激光激發(fā)下以紅色上轉(zhuǎn)換熒光(660

4、nm)為主,而Er3+-Li+共摻雜樣品則以綠光(535nm和557nm)為主,都呈現(xiàn)出良好的單色性。實(shí)驗(yàn)表明通過(guò)Li+離子共摻雜,可以有效調(diào)節(jié)Er3+摻雜ZnO樣品的單帶上轉(zhuǎn)換熒光發(fā)射,有望作為多彩熒光生物標(biāo)簽得到應(yīng)用。
　　第二部分采用水熱合成法190℃時(shí)制備了一系列高純單一晶相的六角稀土摻雜的NaYF4納米棒。其中Yb3+/Er3+/Tm3+及Yb3+/Ho3+/Tm3+三摻β-NaYF4納米棒樣品,在980nm激光激發(fā)下觀

5、察到了由上轉(zhuǎn)換紅、綠、藍(lán)三基色擬合白光,樣品的CIE色坐標(biāo)值分別為(X=0.310,Y=0.340;X=0.316,Y=0.345)。不同激發(fā)功率密度下樣品熒光光譜對(duì)樣品上轉(zhuǎn)換熒光特性分析表明Yb3+/Er3+/Tm3+及Yb3+/Ho3+/Tm3+三摻β-NaYF4納米棒樣品紅、綠、藍(lán)波段上轉(zhuǎn)換熒光強(qiáng)度對(duì)激發(fā)功率密度的響應(yīng)不一致,與Yb3+/Er3+/Tm3+三摻β-NaYF4白光樣品相比,Yb3+/Ho3+/Tm3+三摻β-NaYF