(优选)典型纳米材料举例上转换发光材料详解.
第8讲_上转换发光材料
第8讲_上转换发光材料上转换发光材料（Upconversion Luminescent Materials）上转换发光材料是一种在低能量激发下可以产生高能量发光的材料。
其发光机制与传统的下转换发光材料，如荧光粉和半导体量子点等有所不同。
下转换发光材料在受到外界激发后，会先吸收光子并将其转换为较低能量的光子发出。
而上转换发光材料则能够在较低能量的激发光下，将吸收的能量进行级联转换，最终发射出高能量光。
上转换发光材料主要有两种类型：硅基和非硅基的上转换材料。
硅基上转换材料已经取得了长足的进展，并在光伏领域中受到广泛关注。
硅基上转换材料主要的特点是其上转换效率高，可以将低能量的光激发转换为高能量的发射。
这种材料对于提高太阳能电池的转换效率有很大的潜力。
非硅基的上转换材料则具有更多的选择性，并且在通过适配光源和非线性光学过程实现上转换发光方面具有更大的优势。
上转换发光材料的发光机制可以通过光功率图谱和物质能级示意图进行解释。
光功率图谱可以揭示材料在不同波长下的发光强度，从而分析材料的上转换效率。
物质能级示意图则可以通过表示材料的能量级别来解释能量的转换过程。
上转换发光材料的能级示意图中通常会包含两个部分：上转换激发态和上转换发射态。
在受到激发光的作用下，材料的电子会从基态跃迁到激发态，并且会经过一个或多个中间态的跃迁，最终发射出高能量的光子。
另外，上转换发光材料还有一些其他的应用领域。
其中最显著的是生物医学领域。
由于上转换发光材料具有可调控的发光特性，可以在多种情况下应用于生物成像和药物传递等领域。
例如，上转换发光材料可以通过发光技术提供可见光对于红外光的扩展，从而实现更深度的生物组织成像。
此外，上转换发光材料还可以用于生产发出可见光的LED灯和激光等。
总之，上转换发光材料是一种具有广泛应用前景的新型材料。
其通过将低能量的光激发转换为高能量的发射，具有很高的上转换效率和可调控的发光特性。
上转换发光材料在太阳能电池、生物医学和光电器件等领域的应用前景广阔，将在未来的科研和产业中发挥重要作用。
上转换发光纳米材料的制备及其在传感器中的应用
上转换发光纳米材料的制备及其在传感器中的应用上转换发光纳米材料由于其发光效率高、发光寿命长、发射峰窄、Stokes 位移大、化学稳定好、细胞毒性小、背景干扰小和几乎不存在光漂白等优点,被广泛用于离子和分子检测、生物标记、细胞成像及活体检测中。
与普通的下转换纳米材料相比,该上转换纳米材料是用低能量的近红外光激发,发射高能量的可见光,因此,对生物组织伤害小,而且穿透能力强,是理想的荧光材料。
本文以检测亚硝酸根为目的,建立了一种基于上转换发光的比率荧光法,提高了检测的准确度和灵敏度,并且在实际样品检测中得到了很好的应用。
第一章主要概述了上转换纳米粒子的发光机理、制备方法、表面功能化以及其在传感器方面的诸多应用。
第二章,我们通过高温法制备了NaYF4:Yb,Er上转换纳米粒子(UCNPs),由于表面有油酸覆盖,该纳米粒子只溶于环己烷,氯仿和甲苯等有机溶剂中。
因此,我们又采用配体交换法,用聚丙烯酸(PAA)替代表面的油酸,将其转化为水溶性。
同时我们通过改变掺杂离子,制备了发蓝光的NaYF4:Yb,Tm和发绿光的NaYF4:Yb，Ho。
最后通过透射电子显微镜、选区电子衍射、X射线粉末衍射仪、红外光谱仪以及荧光光谱仪对所合成的NaYF4:Yb,Er纳米颗粒进行表征,实验结果表明,所合成的上转换纳米粒子在水溶液中具有很好的分散性,发光效率高而且发光稳定好。
第三章,我们用所合成的NaYF4纳米颗粒作为探针,借助染料中性红和亚硝酸根之间的特异性反应,选择性打开NaYF4:Yb,Er位于539nm处的发射峰,而位于654nm处的发射峰保持不变,由此构建了一种比率荧光法快速准确地实现了亚硝酸根的定量分析。
结果表明I539/I654与亚硝酸根浓度在一定范围内呈线性关系,其最低检测线可以达到0.2ppm,并且实现了过程中从红色到橘黄色最后到绿色的多色调控。
另外,在自来水、湖水及肉制品等实际样品中亚硝酸盐的检测上也得到了令人满意的结果。
上转换荧光材料
材料化学专业上转换荧光材料题目:班级:姓名:指导教师:年月日摘要近年来，上转换荧光纳米材料以其荧光效率高、稳定性好、分辨率高等优良性能，受到科研人员的广泛关注。
其在防伪识别、太阳能电池、生物荧光标记、上转换激光器等领域有着广泛的应用前景。
尤其是在生物上转换荧光标记领域，与传统的有机染料和量子点荧光标记材料相比具有很多优良性能，例如检测灵敏度高、背景干扰小、机体损伤小等。
通过上转换发光的原理，讨论了影响上转换发光材料发光效率的诸多因素，并通过查找文献资料，讨论了各独立影响因素的作用机理，总结了在当前发展状况下，为达到最佳发光效率应如何选择基质材料、环境温度、激活离子和敏化离子等。
现今，随着纳米技术、计算机技术等的发展，上转换发光纳米晶的研究成为了热点，在生物领域和非生物领域的研究都起着重要作用。
合成出高质量、高荧光性能的NaYF4∶Yb3+上转换纳米颗粒是使之能够在生物医学等领域广泛应用的前提条件。
本文针对NaYF4:Yb3+上转换荧光纳米颗粒的合成方法、表面修饰以及生物应用等方面的研究进展进行综述。
目录摘要 (I)第1章绪论 (1)1.1 上转换荧光材料介绍 (1)1.2 上转换荧光材料的类别 (1)1.3 上转换材料的发展历史 (2)第2章上转换的发光机制和方法 (4)2.1 上转换的发光机制 (4)2.1.1 激发态吸收 (4)2.1.2 能量传递上转换 (5)2.1.3 光子雪崩 (6)2.2 稀土上转换荧光纳米材料的制备方法 (7)第3章NaYF4:Yb3+/Er3+上转换荧光纳米晶 (9)3.1 NaYF4基质材料 (9)3.2 NaYF4:Yb3+/Er3+荧光纳米晶的上转换荧光结构与功能 (10)3.3 NaYF4:Yb3+/Er3+荧光纳米晶的制备 (11)3.4 NaYF4∶Yb3+ / Er3+上转换荧光纳米颗粒的表面修饰 (12)3.4.1 疏水性β-NaYF4:Yb,Er上转换纳米粒子（UCNPs）的表面改性 (12)3.5 NaYF4∶Yb3+ / Er3+上转换荧光纳米材料的运用 (14)总结 (15)参考文献 (16)第1章绪论1.1上转换荧光材料介绍上转换发光是在长波长光的激发下，可持续发射波长比激发光波长短的光,是指将2个或2个以上的低能光子转换成一个高能光子的现象,一般特指将红外光转换成可见光,其发光机理是基于双光子或多光子过程大多数发光材料是利用稀土离子吸收高能量的短波辐射,发出低能量长波辐射的Stoke效应。
上转换发光材料
上转换发光材料上转换发光的概念：上转换发光是在长波长光激发下，可持续发射波长比激发波长短的光。
本质上是一种反-斯托克斯（Anti-Stokes）发光，即辐射的能量大于所吸收的能量。
斯托克斯定律认为材料只能受到高能量的光激发，发出低能量的光，换句话说，就是波长短的频率高的激发出波长长的频率低的光。
比如紫外线激发发出可见光，或者蓝光激发出黄色光，或者可见光激发出红外线。
但是后来人们发现，其实有些材料可以实现与上述定律正好相反的发光效果，于是我们称其为反斯托克斯发光，又称上转换发光。
上转换发光技术的发展：早在1959年就出现了上转换发光的报道，Bloembergc在Physical Review Letter上发表的一篇文章提出，用960nm的红外光激发多晶ZnS，观察到了525nm绿色发光。
1966年Auzcl在研究钨酸镱钠玻璃时，意外发现，当基质材料中掺入Yb离子时，Er3+、Ho3+和Tm3+离子在红外光激发时，可见发光几乎提高了两个数量级，由此正式提出了“上转换发光”的观点。
整个60－70年代，以Auzal 为代表，系统地对掺杂稀土离子的上转换特性及其机制进行了深入的研究，提出掺杂稀土离子形成亚稳激发态是产生上转换功能的前提。
迄今为止,上转换材料主要是掺杂稀土元素的固体化合物，利用稀土元素的亚稳态能级特性，可以吸收多个低能量的长波辐射，从而可使人眼看不见的红外光变成可见光。
80年代后期，利用稀土离子的上转换效应，覆盖红绿蓝所有可见光波长范围都获得了连续室温运转和较高效率、较高输出功率的上转换激光输出。
1994年Stanford大学和IBM公司合作研究了上转换应用的新生长点——双频上转换立体三维显示，并被评为1996年物理学最新成就之一。
2000年Chen 等对比研究了Er／Yb：FOG氟氧玻璃和Er／Yb：FOV钒盐陶瓷的上转换特性，发现后者的上转换强度是前者的l0倍，前者发光存在特征饱和现象，提出了上转换发光机制为扩散．转移的新观点。
上转换发光材料
上转换发光材料上转换发光的概念：上转换发光是在长波长光激发下，可持续发射波长比激发波长短的光。
本质上是一种反-斯托克斯（Anti-Stokes）发光，即辐射的能量大于所吸收的能量。
斯托克斯定律认为材料只能受到高能量的光激发，发出低能量的光，换句话说，就是波长短的频率高的激发出波长长的频率低的光。
比如紫外线激发发出可见光，或者蓝光激发出黄色光，或者可见光激发出红外线。
但是后来人们发现，其实有些材料可以实现与上述定律正好相反的发光效果，于是我们称其为反斯托克斯发光，又称上转换发光。
上转换发光技术的发展：早在1959年就出现了上转换发光的报道，Bloembergc在Physical Review Letter上发表的一篇文章提出，用960nm的红外光激发多晶ZnS，观察到了525nm绿色发光。
1966年Auzcl在研究钨酸镱钠玻璃时，意外发现，当基质材料中掺入Yb离子时，Er3+、Ho3+和Tm3+离子在红外光激发时，可见发光几乎提高了两个数量级，由此正式提出了“上转换发光”的观点。
整个60－70年代，以Auzal 为代表，系统地对掺杂稀土离子的上转换特性及其机制进行了深入的研究，提出掺杂稀土离子形成亚稳激发态是产生上转换功能的前提。
迄今为止,上转换材料主要是掺杂稀土元素的固体化合物，利用稀土元素的亚稳态能级特性，可以吸收多个低能量的长波辐射，从而可使人眼看不见的红外光变成可见光。
80年代后期，利用稀土离子的上转换效应，覆盖红绿蓝所有可见光波长范围都获得了连续室温运转和较高效率、较高输出功率的上转换激光输出。
1994年Stanford大学和IBM公司合作研究了上转换应用的新生长点——双频上转换立体三维显示，并被评为1996年物理学最新成就之一。
2000年Chen 等对比研究了Er／Yb：FOG氟氧玻璃和Er／Yb：FOV钒盐陶瓷的上转换特性，发现后者的上转换强度是前者的l0倍，前者发光存在特征饱和现象，提出了上转换发光机制为扩散．转移的新观点。
上转换纳米材料
上转换纳米材料上转换纳米材料是一种能够将低能量光转换为高能量光的材料。
这种材料通常被应用于光学成像、生物标记、激光器等领域。
上转换纳米材料的制备方法多种多样，包括溶剂热法、溶胶凝胶法、热分解法等。
其中，溶剂热法是一种常用的制备方法，通过在高温高压的条件下使原料溶液中的金属离子和稀土离子发生共沉淀反应，形成上转换纳米材料。
上转换纳米材料在生物医学领域有着广泛的应用。
例如，将上转换纳米材料修饰在纳米载体上，可以用于肿瘤的早期诊断。
由于上转换纳米材料具有较窄的发射光谱和较窄的吸收光谱，因此可以通过调节其组分和结构来实现针对性的生物成像。
此外，上转换纳米材料还可以用于光动力疗法，通过将其注射到患部并照射相应波长的激光光源，实现对肿瘤的精准治疗。
除了在生物医学领域，上转换纳米材料还被广泛应用于光学成像领域。
由于上转换纳米材料具有较高的光学稳定性和较窄的发射光谱，因此可以用于提高光学成像的分辨率和灵敏度。
例如，将上转换纳米材料修饰在纳米探针上，可以用于细胞内器官的高分辨率成像，有助于深入了解细胞内部的结构和功能。
此外，上转换纳米材料还可以用于激光器领域。
由于上转换纳米材料具有较高的光学增益和较窄的发射光谱，因此可以用于提高激光器的输出功率和波长选择性。
例如，将上转换纳米材料掺杂到激光介质中，可以实现对激光器的性能优化，有助于提高激光器的工作效率和稳定性。
总之，上转换纳米材料是一种具有广泛应用前景的材料，其在生物医学、光学成像、激光器等领域均有着重要的应用价值。
随着制备技术的不断进步和应用需求的不断增加，相信上转换纳米材料将会在更多领域展现出其独特的优势和潜力。
led纳米发光材料
led纳米发光材料
LED纳米发光材料是指应用于LED（Light Emitting Diode）器件中的纳米级材料，用于产生和调控光的发射。
以下是一些常见的LED纳米发光材料：
1. 量子点（Quantum Dots）：量子点是具有纳米尺寸的半导体颗粒，具有特殊的光学和电学性质。
它们可以通过调整其大小和组成来实现不同波长的发光，因此被广泛用于提高LED的色彩品质和效率。
2. 纳米荧光材料（Nanophosphors）：纳米荧光材料是一种能够吸收并重新辐射可见光的材料。
它们可以用于改善LED的发光效率、增强亮度和色彩饱和度。
3. 纳米线（Nanowires）：纳米线是直径在几十到几百纳米范围内的细长结构，可以作为LED的主动发光层。
纳米线具有高表面积和优异的光学特性，可以提供高效的光发射和收集。
4. 二维材料（Two-dimensional Materials）：包括石墨烯、过渡金属硫化物等。
这些材料具有独特的光学和电学性质，
可以用于改善LED的效率和色彩品质。
这些纳米发光材料在LED技术中起着关键作用，能够帮助提高LED器件的亮度、色彩准确性和能效。
随着纳米技术的不断发展，LED纳米发光材料还将继续进化和创新，为LED 照明和显示领域带来更多的突破和应用。
上转换发光材料的制备、性能及应用研究
上转换发光材料的制备、性能及应用研究上转换发光材料是一种具有广阔应用前景的新兴材料。
本文将介绍上转换发光材料的制备方法、性能特点以及其在不同领域中的应用研究进展。
上转换发光材料是一种能够将低能量的激发光转换为高能量的发光现象的材料。
它与传统的下转换发光材料不同，后者是将高能量的激发光转换为低能量的发光。
上转换发光材料在生物医学成像、显示技术、能源转换等众多领域具有广泛的应用前景。
上转换发光材料的制备主要包括物理法和化学法两种方法。
物理法主要利用高能粒子注入或离子注入的方式在晶格中引入能级，从而实现上转换发光。
化学法则是通过掺杂或配位原子的方式，改变晶格结构或能带结构，实现上转换发光效果。
这两种制备方法各有特点，可以根据具体需求选择合适的方法。
上转换发光材料的性能特点主要体现在以下几个方面。
首先，上转换发光材料具有较高的上转换效率，能够将低能量的激发光转换为高能量的发光，从而提高能量利用效率。
其次，上转换发光材料具有较宽的光谱范围，可以实现多色发光，满足不同应用的需求。
另外，上转换发光材料具有较长的激发寿命，对于进行长时间激发发光的应用具有较大优势。
最后，上转换发光材料还具有较高的光学稳定性和化学稳定性，能够在不同环境下稳定发光，具有较长的使用寿命。
在生物医学成像领域，上转换发光材料被广泛应用于生物标记和活体成像。
由于其较长的激发寿命和较宽的光谱范围，上转换发光材料可以通过激发发光的方式实现对生物样本的高对比度成像。
同时，上转换发光材料具有较高的光学稳定性和化学稳定性，能够在生物体内稳定发光，对生物体无毒副作用。
在显示技术领域，上转换发光材料能够实现全彩色显示。
由于其较宽的光谱范围，上转换发光材料可以发射多种颜色的发光，从而实现更丰富的显示效果。
另外，由于其较高的光学稳定性和化学稳定性，上转换发光材料能够在长时间使用中保持较好的显示效果。
在能源转换领域，上转换发光材料被应用于太阳能电池和发光二极管中。
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上转换材料BaF2:ຫໍສະໝຸດ b3+,Er3+的合成
（a）水热法所制备样品的SEM 图（b）溶剂热热法所制备样品的SEM 图
上转换发光材料的应用
电光源照明 大屏幕显示器材料 夜明材料 电视显色材料 X射线荧光粉与闪烁体等
生物成像 防伪技术 红外探测 显示技术
上转换发光材料的应用（一）
典型纳米材料举例上转换发光材料
主要 内容
背景介绍 制备方法 测试与表征方法 应用举例 发展趋势
稀土上转换发光背景介绍
什么是上转换发光材料？
上转换发光，即：反-斯托克斯发光 （Anti-Stokes），由斯托克斯定律 而来。斯托克斯定律认为材料只能 受到高能量的光激发，发出低能量 的光，换句话说，就是波长短的频 率高的激发出波长长的频率低的光。 比如紫外线激发发出可见光，或者 蓝光激发出黄色光，或者可见光激 发出红外线。但是后来人们发现， 其实有些材料可以实现与上述定律 正好相反的发光效果，于是我们称 其为反斯托克斯发光，又称上转换 发光。
上转换发光材料的应用（一）
LSUCLM和普通共聚焦荧光显微镜成像的光漂白情况比较
DiI——红色 DAPI——蓝色 UCNPs——绿色
———LSUCLM的光漂白非常低
上转换发光材料的应用（一）
• 基于上转换发光的活体成像技术
上转换发光材料的应用（一）
• 上转化纳米材料料在 肿瘤靶向成像中的应用
上转换发光材料的应用（二）
防伪技术
• 掺有稀土元素的红外上转换材料配制成无色的油墨
UCNPs ——稀土上转换发光纳米材料
•
激光扫描上转换发光显微成像 (laser scanning up-conversion luminescence microscopy, LSUCLM) 技术
LSUCLM技术的光路图
上转换发光材料的应用（一）
灵敏性： 以 UCNPs 为探
针的 LSUCLM 成像方 法，能够完全消除来 自内源性荧光物质和 同时标记的荧光染料 的背景干扰，对所要 成像的对象具有高灵 敏度。
分类
• 根据基质材料可分为5类，包括氟化物、氧化物、氟氧化 物、卤化物和含硫化合物。
• 其中就上转换发光效率而言，一般认为氯化物＞氟化物＞ 氧化物，这是单纯从材料的声子能量方面来考虑的，这个 顺序恰与材料的结构稳定性顺序相反。
• NaYF4是目前上转换发光效率最高的基质材料
机理
可以把上转换过程归结为三种形式：激发态吸收、 能量传递及光子雪崩