论文部分内容阅读
在全球新技术革命的大潮中,稀土掺杂纳米发光材料以其独特的光学特性和它在发光、生物学、固体激光器、纳米光电子学、信息科学等诸多领域的广泛应用而高速发展,在纳米材料领域成为研究热点之一。然而,目前制约稀土掺杂纳米发光材料发展的瓶颈问题乃是荧光发射效率较低,同时稀土离子的能级结构非常丰富及复杂,这就使该领域的研究极具挑战性。提高稀土离子的发光效率对稀土发光材料的基础研究和应用具有重要意义。本文主要以增强荧光效率为目标,以六方相NaYF4:Yb3+/Er3+纳米晶体作为研究对象,通过包覆活性壳层、引入金属表面等离激元等策略来提高稀土离子的发光效率。主要工作和结论如下:(1)采用高温共沉淀法合成六方相NaYF4:Yb3+/Er3+纳米球,并对其进行了同质包覆,得到NaYF4:Yb3+/Er3+@NaYF4:Yb3+核壳结构。研究了惰性壳层和活性壳层对上转换荧光的影响。结果表明:引入壳层后,上转换荧光得到了极大地增强;活性壳层中Yb3+掺杂浓度的变化可以调控上转换荧光,且Yb3+最佳掺杂浓度为5%。(2)以六方相NaYF4:Yb3+/Er3+晶体为基础构建了金属增强荧光系统,研究了金纳米颗粒、金银合金以及金纳米锥等不同金属对稀土纳米颗粒上转换荧光的影响。结果表明金属纳米颗粒修饰后的NaYF4:Yb3+/Er3+发生了荧光增强现象。通过研究荧光辐射波长和激发波长与金属局域表面等离激元共振(localized surface plasmon,LSPR)波长耦合程度对金属增强荧光的影响,发现激发波长与金属LSPR波长耦合时荧光增强最明显,即激发场耦合条件下的增强效果最好。对于荧光辐射波长与金属LSPR波长的耦合,耦合越好辐射场增强越好。(3)利用水热法合成六方相NaYF4:Yb3+/Er3+和NaYF4:Yb3+/Tm3+六角盘,构建了金属增强荧光系统,研究不同尺寸银纳米颗粒对六角盘上转换荧光的影响。利用共聚焦显微系统研究了单颗粒NaYF4:Yb3+/Er3+六角盘上转换荧光光谱及其金属增强上转换荧光效应。结果发现银纳米颗粒确实对上转换荧光有调制作用,当银颗粒尺寸为20nm左右时上转换荧光猝灭,为100nm左右时上转换荧光增强。激发场增强对掺杂Er3+的绿光和红光发射均有贡献,而发射场增强也被观测到。银颗粒在绿光区域的吸收要大于红光的吸收,所以增强因子对绿光(540 nm)的增强效果明显大于对红光(650 nm)的增强。(4)构建了新的金属增强荧光体系。以六方相NaYF4:Yb3+/Er3+六角盘为基础,对其进行SiO2包覆,得到NaYF4:Yb3+/Er3+@SiO2核壳结构,随后在该核壳结构外通过还原反应粘上银纳米颗粒,得到NaYF4:Yb3+/Er3+@SiO2@Ag复合纳米结构。利用共聚焦显微系统在单颗粒水平研究了金属纳米颗粒与稀土晶体的隔离距离对金属增强上转换荧光效应的影响。研究结果表明,不同的隔离距离对应不同的增强结果,当金属颗粒与稀土晶体隔离距离小于5 nm时荧光猝灭,而为12 nm时增强效果最佳。该复合结构的构建可以有效拓展金属增强荧光的研究思路。