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NaYF4:Yb3+,Er3+/Tm3+体系在生物荧光标记、太阳能电池、红外光电探测器及真三维立体显示等领域具有广泛的实际和潜在应用前景,本论文工作主要针对NaYF4:RE3+体系上转换发光纳米颗粒的制备和纳米颗粒表面修饰两个方面来展开系统的研究工作;论文还对新体系上转换发光材料进行了初步研究,探索材料的多功能性。
在本论文的研究工作中,采用了两种共沉淀及溶剂热法制备稀土掺杂NaYF4纳米颗粒,并使用基团交换法和沉积核壳结构这两种方法来修饰所制备的纳米颗粒;采用固相反应法制备新体系上转换发光材料。
通过以水为溶剂的共沉淀法制备了颗粒尺寸均匀、分散性良好、100 nm左右的稀土掺杂立方相NaYF4纳米颗粒,通过改变反应溶剂极性可以控制纳米颗粒的粒径,讨论了纳米颗粒的成核模型及团聚生长机理;通过以乙二醇为溶剂的共沉淀法制备了颗粒尺寸均匀、可以分散在极性溶剂中、40 nm左右的纳米颗粒,通过不同温度热处理比较其上转换发光性能;采用以油酸为络合剂及分散剂的溶剂热法,制备出颗粒尺寸均一、粒径在20 nm左右的稀土掺杂立方相NaYF4纳米颗粒,颗粒可以分散在非极性溶剂中形成透明溶液。通过改变反应溶剂及反应前驱体的浓度,制备了不同形貌及尺寸的纳米颗粒,通过掺杂不同稀土离子,在980 nm激光激发下,可以得到红绿蓝三种颜色的可见光发射。
采用传统方法对水基共沉淀法所制备的稀土掺杂NaYF4纳米颗粒进行了表面修饰改性,研究了反应时间与生成单个SiO2纳米颗粒的关系,包裹后的核壳结构颗粒可以均匀的分散在极性溶剂中;对传统方法进行了改进来修饰乙二醇基共沉淀法所制备的纳米颗粒;采用微乳液法对溶剂热法所制备的稀土掺杂NaYF4纳米颗粒进行了表面修饰改性,通过寻找最佳氨水及TEOS使用比例,得到了最佳包裹的NaYF4:Yb,Er/SiO2核壳结构,包裹后的颗粒可以均匀分散在水等极性溶剂中。
使用聚丙烯酸及偶联剂作为基团交换试剂对溶剂热法所制备纳米颗粒进行了表面修饰改性,修饰后的纳米颗粒都可以透明的分散在极性溶剂中,但使用聚丙烯酸修饰的纳米颗粒不适合进行以应用为目的的下一步表面处理。确定用偶联剂修饰后的纳米颗粒非常适合在生物荧光标记、太阳能电池等领域进行表面后处理,具有一定的实用价值。
发现了一种新的低声子能量体系钛酸铋钠,对其掺杂Er离子进行了上转换发光性能研究,在0.6 wt%时得到了绿光最强的可见光发射,在5.0 wt%掺杂时得到了红光最强的可见光发射。确定该掺杂材料体系中,主要上转换过程为双光子的激发态吸收和能量传递。该体系材料独特的压电性能和上转换发光性能,使其具有多功能性。