NaYF4:Tm3+/Yb3+上转换复合材料光学性质及应用研究

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上转换发光材料在近红外(NIR)光的激发下能够发射高能量光子。与传统的下转换发光材料相比,基于NIR光激发的上转换发光材料具有组织穿透深度更大、光化学稳定性更高、无自发荧光背景等优点,有望在生物医学领域实现高灵敏度的检测、成像及癌症治疗等应用。此外,上转换发光材料与其他功能性材料相结合所获得的复合材料具有更丰富的功能且应用更加广泛。因此,在本论文中,设计合成了Na YF4:Tm3+/Yb3+上转换发光材料及其复合纳米结构,并对其光学性质和应用进行了研究:(1)通过水热法合成了不同Yb3+掺杂浓度的具有温度传感和光热转换双重功能的Na YF4:Tm3+/Yb3+微米棒。基于荧光强度比技术,得出不同Yb3+掺杂浓度样品在980 nm激光激发下的温度传感曲线,通过对比得知,适当提高Yb3+掺杂浓度能够提高其绝对灵敏度,四个样品在303 K到513 K温度范围内的测温灵敏度最大值约为4.07*10-4 K-1。此外,研究了不同Yb3+掺杂浓度和激发光的功率密度对材料光热转换效率的影响,结果表明增加Yb3+掺杂浓度或提高激发光的功率密度都能够有效提高材料的光热转换效率。(2)设计合成了一种基于MnO2纳米片修饰的Na YF4:Tm3+/Yb3+上转换纳米复合材料,用于对Fe2+高灵敏度的检测。在本设计中,MnO2纳米片既作为能量传递受体猝灭上转换荧光,又作为识别部分识别Fe2+。该探针对Fe2+探测范围为0.1-22μM时,检测限可达到0.113μM。重要的是,该探针可以对Fe2+响应较快并具有长时间稳定性,可用于Fe2+的长期动态检测。该探针对血清样品中Fe2+的检测也表现出较灵敏的响应。
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