上转换发光材料的机理及应用

在 光 纤 上 运 用 上 转 换 激 光 的研 究 取 得 了 巨 大 的进 展 ，在 共 掺 杂 中实 现 了 室 温 下 上转 换 连 续 激 光 输 出 。 近五 年来 ，人 们 合 成 了尺 寸 较 小 、形 貌 可 控 的上 转 换 纳 米 材 料 ，初 步 研 究 了它 们 在 生 物 方 面 的 应 用 。 目前 上 转 换 材 料 的 研 究 重 点 转 向 寻 找 新 的发 光 中 心 和 敏 化 中 心 的 组 合 ，深 入 研 究 上 转 换 发 光 机 理 ，提 高其发光效率 。 。随 着上转换 材 料的研 究越 来越 深入 ．我 国 在 最 近 的研 究 中也 取 得 了很 大 的 进 展 ，如 采 用 氨 水 作 为 沉 淀 剂 合成了性 能 良好 的 Ｅｒ” ：Ｙ Ｏ，上转换 纳米 发光 粉 ，采用共 沉 淀 法 制 得 了 纳 米级 的共 掺 杂 的 ＮａＹＦ 上 转 换 荧 光 材 料 ，在 红 外 激 光 照射 下 可看 到 明 亮 的 荧 光 等 。 １ 上 转 换 材 料 发 光 原 理
上转换发光材料的研 究始于 ２０世 纪 ５Ｏ年代初 ，并 在红外 探 测 器上 有 了初 步应 用 ” 。２０世 纪 ６０年 代 中期 ，Ａｕｚｅｌ／Ｏｖｅｙ— ａｎｋｉｎ和 Ｆｅｏｔｉｌｏｖｚａｉ＿４ 提 出 了 上 转 换 这 一 概 念 ，随 后 Ａｕｚｅｌ等 详细研究了稀 土离 子掺杂材料 由激发态吸收 、能量传递 以及合 作 敏 化 引 起 的 上 转 换 发 光 。 １９７９年 ，Ｊ．Ｓ．Ｃｈｉｖｉａｎ等 又 在 基 于 Ｐｒ“离 子 的红 外 量 子 计 数 器 中 发 现 了雪 崩 上 转 换 现 象。 ｌ９８６年 ，Ｊｏｈｎｓｏｎ 用 ＢａＹ２Ｆ８：Ｙｂ／Ｈｏ和 ＢａＹ２Ｆ８：Ｙｂ／Ｅｒ在 ７７ｋ 下用 闪 光 灯 泵 ，首 次 实 现 了绿 色 的 上 转 换 激 光 。 １９９０年 以 来 ，
技 术研发
ＴＥＣＨＮｏＬ０ＧＹ ＡＮＤ Ｍ＿ＡＲＫＥＴ
Ｖｔ，ｌ ２４．Ｎｏ．５ ．２０ｌ７
上 转 换 发 光 材 料 的 机 理 及 应 用
崔庚彦 ，丁 楠
（河南 工业职 业技 术 学院 ，河 南 南 阳 ４７３０００）
摘 要 ：上 转 换 发 光 材料 是 指 能够 吸 收 多个 低 能 量 的 长 波 辐 射 ，经 过 光 子 加 和 之 后 发 出 高 能 量 短 波 辐 射 的 一 类 材 料 ，这 种独特 的转换性质使其受到 了人们越来越 多的关注。上转换发光现 象属 于光致 发光，随着研究的深入 ，它 的应 用也 越 来 越 广泛，如在食品检 测、生物成像、免疫分析 、癌 症治疗 等方 面有 了广泛 的应用和发展 。主要对上转 换材料 的转换机理 、 制 备 方 法 以及 在 实际 中的 应 用进 行 综合 分析 。 关 键 词 ：上 转换 ；光 致 发 光 ；稀 土掺 杂
Ｔｈｅ ｍ ｅｃｈａｎｉｓｍ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｕｐｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｌｕｍ ｉｎｅｓｃｅｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ｍ ａｔｅｒｉａｌ
ＣＵＩ Ｇｅｎｇｙａｎ，ＤＩＮＧ Ｎａｎ
（Ｈｅｎａｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｎａｎｙａｎｇ ４７３０００，Ｃｈｉｎａ）
０ 引言 当今 世 界 科 技 的 发 展 日新 月 异 ，人 类 社 会 的发 展 一 刻 也 离
不开能源 、信息和材料。无论经 济还是社 会 的发展 ，如今 已经 进入 的信息时代对能源 和信息技术 的需求 都呈现 越来越 快的 上 升 趋 势 。与 此 同 时 ，对 能 源 和 信 息 的 载 体 — — 材 料 ，便 有 了 更 高的要求 。材料学科是现在 高新技 术 中极 具生命 的学科 之一 ，它的发展促进 了人类的文明和社会的进步… 。微 电子技 术的发展带来了世界蓬勃发展的几十年 ，随着传统微 电子技术 的发 展 逐 渐 接 近 半 导 体 材 料 的 物 理极 限 ，光 电技 术 已 经 被 公 认 且部分应用于下一代更高速 的信息技术 和更 高效节 能的 能源 技术中。发光材料家族中的上转换发光材料 ，可 以将低频 率激 发光转换成高频率发射 光 ，即吸收多个低能 光子使其 到达高的 激发态并最终发 射 出一个 高能光 子 的现 象 ，也称 为 多光子 发 光 。这种现象叫做反斯托克斯发光 ，由于其独特的光学性 能， 使 其 在光 电子 、激 光技 术 、红 外 探测 、光 信 息存 储 、生 物 医 学 等 各 方面有着 巨大的应用前景，成为材料学及相关领域 的研究热点 。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｏｎ ｔｈｅ ｕｐｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｍａｔｅｒｉａｌ ｗｉｔｈ ｉｔｓ ｕｎｉｑｕｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｂｙ ｐｅｏｐｌｅ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ， ｉｔ ｉｓ ａｂｌｅ ｔｏ ａｂｓｏｒｂ ｍｏｒｅ ｗａｖｅ ｗｈｉｃｈ ｉｔ ｈａｓ ｌｏｎｇ ａｎｄ ｌｏｗ ｅｎｅｒｇｙ，ａｆｔｅｒ ｐｈｏｔｏｎ ａｄｄｕｃｔ ｈａｓ ｈｉｇｈ — ｅｎｅｒｇｙ ｓｈｏｒｔｗａｖｅ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｍａｔｅｒｉａ１．Ｔｈｅ ｕｐｅｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｓｔｉｌｌ ｂｅｌｏｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｃａｔｅｇｏｒｙ ｏｆ ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｅｅｎｃｅ ｆｒｏｍ ｌｕｍｉｎｏｕｓ．Ｉｔ ｉｓ ｂｅｅｏｎｆ ｉｎｇ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ，ｓｕｃｈ ａｓ ｉｎ ｆｏｏｄ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ、 ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｉｍａｇｉｎｇ、ｉｍｍｕｎｏａｓｓａｙ、ｃａｎｃｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ、ｅｔｃ． ｈａｖｅ ｍａｄｅ ａ ｌｏｔ ｏｆ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．Ｔｈｅ ｅｓｓａｙ ｍａｉｎ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ｕｐｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｎｄ ｄｉｆ ｉｅｒｅｎｔ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ、ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ａｃｔｕａ１． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｕｐｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ； ｐｈ０ｔｏｌｕｍ ｊｎｅｓｃｅｎｃｅ；ｒａｒｅ ｅａｒｔｈ ｄｏｐｉｎｇ ｄｏｉ：ｌ０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６—８５５４．２０１７．０５．０２２