论文部分内容阅读
随着科技的日益发展,信息、生物技术和能源等行业的快速发展必然对材料性能提出新的需求,元件的智能化、高集成和高密度存储等特点也要求材料的尺寸越来越小。在这种大环境下,纳米材料应运而生,纳米发光材料凭借其优异的性能,被越来越多的科研工作者所重视。其中,具有优异光学性能的稀土发光材料和碳量子点在照明、显示、防伪等领域都有广泛的应用。但是,稀土发光材料和碳量子点存在着许多问题,由于稀土离子独特的4f-4f电子构型,导致其发光效率低;碳量子点因为其表面的基团和结构导致发光效率低和容易发生团聚现象。本文针对稀土离子发光效率不高以及碳量子点发光效率低、易聚集的问题,在第三章中,用贵金属纳米表面等离子共振效应调控稀土离子外部的局域场,从而调控稀土离子的发光;在第四章中,使用MOF材料封装碳量子点解决其易聚集的问题,并使用贵金属纳米微粒调控碳量子点的发光。主要内容如下:一、金纳米表面等离子共振效应调控NaYF4:Yb3+,Er3+发光的研究本部分实验通过调控金纳米微粒的尺寸和表面形貌来调控其表面等离子共振效应,从而调控NaYF4:Yb3+,Er3+的上转换发光。包含以下两个内容:棒状金纳米微粒尺寸效应调控表面等离子共振和金纳米微粒的表面形貌调控表面等离子共振。1.棒状金纳米微粒尺寸效应影响下的表面等离子共振局域场,调控NaYF4:Yb3+,Er3+发光在本部分内容中,通过调控合成反应条件、添加剂的种类与含量,分别制备了不同长径比的棒状金纳米,实现了其表面等离子共振峰从可见光到近红外光波段的规律性变化。随后将棒状金纳米与六方相NaYF4:Yb3+,Er3+纳米微粒进行复合,制备成复合发光薄膜,在980nm激光激发下,实现了上转换发光增强。通过对不同长径比棒状金纳米局域场调控下的上转换发光光谱分析,发现NaYF4:Yb3+,Er3+微粒的上转换发光强度被成功调控,并且分别在绿光区域和红光区域实现了最高可达7.1倍和11.6倍增强效果。进一步对Yb-Er上转换发光的寿命测试和功率强度关系测试,发现不同长径比棒状金纳米并不会影响Yb-Er上转换发光的寿命并且Yb-Er上转换发光是双光子过程。将长径比为6.9的棒状金纳米局域场对NaYF4:Yb3+,Er3+微粒发光最高增强效果,归因于其表面电子对1000 nm近红外光的等离子体吸收,与NaYF4:Yb3+,Er3+纳米微粒近红外上转换激发光波长相匹配,从而产生的强局域场,最终增强了NaYF4:Yb3+,Er3+纳米微粒中Yb-Er上转换发光的激发效率。2.金纳米微粒形貌效应影响下的表面等离子共振局域场,调控NaYF4:Yb3+,Er3+发光在本部分内容中,通过调控合成反应条件、表面活性剂的种类与含量,分别制备了球型金纳米、立方型金纳米、三角型金纳米和星状金纳米4种尺寸基本相同而形貌不同的纳米微粒,随后将其与六方相NaYF4:Yb3+,Er3+纳米微粒进行复合,制备成复合发光薄膜,在980nm激光激发下,实现了上转换发光的增强。通过对不同形状金纳米局域场调控下的上转换发光光谱分析,NaYF4:Yb3+,Er3+微粒的上转换发光强度被成功调控,并且分别在绿光区域和红光区域实现了最高可达16.7倍和23.3倍增强效果。通过对Yb-Er上转换发光的寿命测试和功率强度关系测试,发现形貌变化引起表面等离子共振局域场变化并不会影响Yb-Er上转换发光的寿命,但是会影响Yb-Er上转换发光的发光过程,其预示着通过形貌控制的金纳米微粒可以利用多边角效应提供强的局域场环境,有效增强NaYF4:Yb3+,Er3+纳米微粒上转换发光。总之,通过本章中对金纳米尺寸与形貌的调控,实现了AuNPs@NaYF4:Yb3+,Er3+复合发光膜的近红外上转换发光强度的可调;通过对Yb-Er上转换发光过程的研究,发现局域场对Yb-Er上转换发光增强的机理主要为激发场增强,以上结果为设计新型上转换发光增强复合材料提供了理论依据。二、多孔结构MOF材料封装银团簇/碳量子点复合材料发光性质的研究在本部分内容中,成功制备了ZIF-8金属-有机框架（MOF）材料,并利用其多孔结构,分别使用包覆法和吸附法对碳量子点进行封装。在此基础上在MOF材料的多孔结构中原位还原出银纳米微粒,通过控制还原剂的量,调控了多孔结构中银微粒的量及存在方式,从而增强碳量子点的发光。通过红外光谱对结构的分析,结合荧光光谱激发、发射峰的位置变化,认为包覆法封装碳量子点发光强度高的原因主要是,碳量子点与ZIF-8有机配体在包覆反应过程中,因表面的有效钝化提高了碳量子点的发光效率。同时,银纳米团簇在MOF结构中能进一步增强碳量子点的发光,其主要原因为银团簇的能量传递,增强了激发效率。另外,银纳米团簇并不会影响碳量子点的荧光寿命。这为固态碳量子点材料的应用提供了理论依据。