Yb,Er摻雜的NaYF4上轉(zhuǎn)換納米材料的制備和發(fā)光性能的研究.pdf

1、上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料是一類重要的稀土發(fā)光材料，能夠通過多光子機(jī)制將紅外光轉(zhuǎn)換成可見光，其特點是所吸收的光子能量低于發(fā)射光的光子能量，又稱為反Stokes材料。近年來，納米級的稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料作為一種新型熒光標(biāo)記物在生物大分子檢測、醫(yī)學(xué)成像等方面的應(yīng)用正日益受到研究人員的重視。與傳統(tǒng)的熒光標(biāo)記物相比，上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料具有激發(fā)光能量低，發(fā)射光譜窄，Stokes位移大，化學(xué)穩(wěn)定性好，發(fā)光強(qiáng)度高而穩(wěn)定，發(fā)射波長可通過控制其組成進(jìn)行調(diào)節(jié)和毒性低等優(yōu)

2、點。另外，稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料的激發(fā)光源通常為近紅外連續(xù)激光器（典型的是980nm），在此激發(fā)條件下可以避免生物樣品自身熒光的干擾和散射光現(xiàn)象，對生物組織無損傷，光穿透深度較深，從而降低檢測背景，提高信噪比。因此，上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料作為熒光標(biāo)記物在生物大分子分析和醫(yī)學(xué)臨床檢測領(lǐng)域都有著非常好的應(yīng)用前景。
　　常用的上轉(zhuǎn)換納米基質(zhì)材料有氧化物、硫化物、氟化物以及磷酸鹽等，其中以六方相 NaYF4為基質(zhì)的上轉(zhuǎn)換材料發(fā)光效率最高。最近

3、相繼報道了很多有機(jī)相中NaYF4:Yb,Er的合成，其形貌和發(fā)光性能優(yōu)異，然而這些納米顆粒較差的水溶性限制了其在生物體系中的應(yīng)用。因此合成出高性能、親水的NaYF4:Yb,Er上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料是擴(kuò)展其在生物和醫(yī)學(xué)方面應(yīng)用的前提，具有重要意義。
　　本論文制備了NaYF4為基質(zhì)的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料，采用水熱法制備了純NaYF4納米晶，立方相和六方相的NaYF4:Yb3+/Er3+納米晶。利用通過X射線衍射、場發(fā)射掃描電鏡及透射電鏡對不

4、同的組分的NaYF4:Yb3+/Er3+樣品進(jìn)行表征。NaYF4基體有兩種不同的晶體結(jié)構(gòu),一種是立方相的α-NaYF4(亞穩(wěn)態(tài)高溫相),另一種是六方相結(jié)構(gòu)的β-NaYF4（熱力學(xué)穩(wěn)態(tài)低溫相）。從上轉(zhuǎn)換光譜中可以看出，基體相結(jié)構(gòu)為立方相的NaYF4發(fā)射較強(qiáng)的紅光，基體結(jié)構(gòu)為六方相的β-NaYF4主要發(fā)射綠光。
　　Yb3+/Er3+共摻雜的NaYF4上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料，在980nm紅外激光器激發(fā)下，共產(chǎn)生3個發(fā)射峰，中心波長分別位于52

5、0nm,550nm和650nm，發(fā)光顏色是綠色和紅色。這些中心波長分別對應(yīng)著Er3+離子2H11/2→4I15/2,4S3/2→4I15/2和4F9/2→4I15/2躍遷。對于Yb3+/Er3+共摻雜的NaYF4上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料，隨著敏化劑Yb3+離子含量提高，發(fā)光強(qiáng)度出現(xiàn)先增大后減少的趨勢，少量增加可提高綠光的發(fā)光強(qiáng)度，但增加過多就會造成綠光強(qiáng)度減少而紅光強(qiáng)度增加，濃度過高時發(fā)生濃度淬滅現(xiàn)象。隨著激活劑Er3+離子濃度的增大，整體發(fā)光強(qiáng)