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本论文研究领域主要涉及稀土离子掺杂超小立方相氧化钪(Sc2O3)纳米材料的控制合成,发光物理及其应用研究。我们采用前驱体热分解法,在油酸、油胺和十八烯的混合溶剂中,通过调控前驱体浓度、反应温度等实验参数,制备出单分散、粒径小于10纳米的超小立方相氧化钪纳米材料。利用高分辨荧光光谱等手段,系统研究了稀土离子掺杂超小立方相氧化钪纳米材料的光学性质,并以Eu3+离子为光谱探针,确立了纳米颗粒尺寸、比表面积与发光性能的内在关联。利用超小纳米颗粒大的表面积这一特性,构建了一种基于发光共振能量传递的高效能量捕获平台,实现了超小纳米颗粒中的高效铕离子红色发光,解决了超小纳米颗粒发光效率低的难题。同时,受益于稀土掺杂氧化钪纳米晶的超小尺寸,高效的粒子之间的能量传递也能得以实现。具体研究内容和成果如下:(1)采用前驱体热分解法,在油酸、油胺和十八烯的混合溶剂中,通过调控前驱体浓度、反应温度等实验参数,制备出单分散超小立方相氧化钪纳米材料,首次实现了稀土掺杂无机纳米晶在2.6纳米到9.7纳米之间的精确调控。(2)借助于高分辨位置选择光谱等手段,实现了稀土离子(Eu3+离子)在超小Sc2O3纳米晶中的表面和晶格占据位置的光学探测,系统研究了纳米晶尺寸、比表面积与铕离子发光性质的内在关联。我们发现当纳米颗粒小于4.8纳米时,表面铕原子在整个纳米晶中占据主要地位;当纳米颗粒尺寸大于4.8纳米时,处在内部晶格位置的铕原子为主要占据位置。(3)利用超小纳米颗粒大的表面积这一特性,我们将4,4,4-三氟-1-(2-萘基)-1,3-丁二酮(β-NTA)负载到二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇(DSPE-PEG2000)修饰的超小Sc2O3:Eu纳米晶中,构建了一种基于β-NTA到纳米晶表面铕离子能量传递的高效能量捕获平台,实现了超小纳米颗粒中的高效铕离子红色发光,其发光强度比其起始纳米颗粒的发光提高了大约100倍,解决了超小纳米颗粒发光效率低的难题。(4)受益于Sc2O3纳米晶的超小尺寸,高效的β-NTA到Eu3+离子能量传递在不同纳米颗粒之间也能发生。借助于时间分辨荧光光谱等手段,我们对粒子之间能量传递的效率与纳米颗粒的尺寸的关系进行了系统研究。我们发现纳米颗粒尺寸越小,这种粒子之间的能量传递的效率就会越高。这种纳米晶之间的能量传递的模型,概念性地验证了稀土掺杂超小氧化钪纳米晶能够进行特异性的生物检测,为其在生物医疗领域的应用奠定了基础。