典型纳米材料举例-上转换发光材料 PPT
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几种典型纳米材料 ppt课件
三、制备
（一）、制备方法 ——化学还原法
柠檬酸三钠法 柠檬酸三钠-鞣酸法 枸橼酸钠法 鞣酸-枸橼酸钠法 白磷法 抗坏血酸法 乙醇-超声波法 硼酸钠法
1、柠檬酸三钠法
1）取0、01％氯金酸(HAuCl4)水溶液100ml 加热至 沸，搅动下准确加入１％柠檬酸三 钠 (Na3C6H5O7.2H2O)水溶液 0.7ml，金黄色的氯金 酸水溶液在２分钟内变为紫红色，
改变鞣酸的加入量，制得的胶体颗粒大小不同。
3、枸橼酸三钠法
（1）10nm胶体金粒的制备：取0.01％HAuCl4水溶液100ml， 加入1％枸橼酸三钠水溶液3ml，加热煮沸30min，冷却至4℃， 溶液呈红色。
（2）15nm胶体金颗粒的制备：取0.01％HAuCl4水溶液100ml， 加入1％枸橼酸三钠水溶液2ml，加热煮沸15min～30min，直 至颜色变红。冷却后加入0.1Mol/L K2CO30.5ml，混匀即可。
胶金垫(Conjugate pad)：
玻璃纤维、聚酯膜、纤维素滤纸、无纺布等多种材 质，多种规格，批间稳定。
结合垫的作用主要为：
- 吸附一定量的金标结合物颗粒； - 吸附并持续不断的将样品转移到NC膜上； - 保持金标结合物颗粒的稳定性； - 保证金标结合物颗粒定量完全释放等。
硝酸纤维素膜( Nitrocellulose)：
硝酸纤维素膜与蛋白结合的原理 主要有两种假说：
1）首先两者靠静电作用力结合，然后靠H键和疏水作用来维持长 时间结合。 2）首先两者靠疏水作用结合，然后靠静电作用来维持长时间结合。 两条假说，都表明其结合过程分为两步，首先结合和后面长时间 结合。由于结合原理的不明确性，导致在这方面的工作非常依赖 实践经验。
4、枸橼酸三钠-鞣酸法
稀土纳米上转换材料课件
4、稀土纳米荧光 粉，发光效率提高， 将大大减少稀土用 量。主要使用 CeO2、EU2O3、 Tb4O7、Y2 03。 高清晰彩色电视的 候选材料
我国虽是稀土大国，但应用基础研究严重滞后，“工业味精”只 能像土豆、白菜一样廉价。自1995年起，北京大学严纯华团队经过15 年持续攻关，建立了可控制备稀土纳米功能材料的方法，为我国稀土资 源的高效、高值化利用开辟了新途径；其研究课题“稀土纳米功能材料 的可控合成、组装及构效研究”，荣获2011年度国家自然科学二等奖。 严纯华教授，长江学者特聘教授，中科院新科院士，北京大学稀土 材料化学及应用国家重点实验室主任，多年来在稀土分离、稀土功能材 料应用等方面进行了系统而深入的创新性研究，为我国稀土提取和分离 技术跻身世界领先水平做出了突出贡献。
（2）溶胶凝胶法是以金属醇盐或其他金属无机盐作为前驱 体，溶于溶剂中形成均匀的溶液，再加入各种添 加剂如络合剂、催化剂等，在适合的温度和 pH值条件下，溶液中的溶质发生水解、聚合等化 学反应，首先生成溶胶，进而生成具有一定空间 结构的凝胶，然后经过热处理，在较低温度下制 备出各种无机材料或复合材料的方法．溶胶凝胶法具有：容易达到分子水平均匀，便于控制 掺杂量热处理温度低、设备简单、价格 低 廉等 优 点．用 溶 胶—凝 胶法 合 成 的纳 米 上转 换 发 光材 料 有：Gd2O3 ：Er3+； Gd2O3：Er3+，Yb3+ ；Gd2O3：Tm3+，Yb3+；TiO2：Er3+ ；BaTiO3：Er3+ 等材料．
thank
you!
3、稀土元素特殊的电子构型使其具有 特殊的光、电、磁性质。而被誉为新材 料的宝库。将稀土纳米化无疑能在原有 特性的基础上赋予一系列新的特性，将 更有利于发现新性质和合成新材料。
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。
上转换材料及其发光机理PPT课件
11
2、激发机理
Er3+的绿色发射，由基态经由4I11/2到4F7/2能记 得两步激发，随后无辐射衰减到2I11/2和4S3/2能 级，最后辐射跃迁回基态，发出绿光
Er3+的红色发射： A、由4S3/2能级经无辐射衰减到红色发射的 4F9/2能级 B、 Er3+接受Yb 3+传递来的三个光量子，由 4S3/2能级激发至2G7/2，无辐射弛豫到4G11/2， 衰减到红色发射4F9/2能级，并将多余能量逆传 递给Yb 3+ C、 Er3+在第一步激发后，从4I11/2无辐射衰减 到4I13/2，再激发到红色发射的4F9/2能级
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End
演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
无辐射弛豫达到发光能级，由此跃迁到基态放出一可见
光子。
发光要求 为了有效实现双光子或多光子效应，发光中心
的亚稳态需要有较长的能级寿命。稀土离子能级之间的跃迁 属于禁戒的f-f 跃迁，因此有长寿命，符合此条件。
能级3-2之间能量差与能级2-1之间的能量差相等。若某一辐射 的能量与上述能量差一致，则会发生激发，离子会从1激发到2， 如果能级2的寿命不是太短，则离子从2激发到3.最后就发生了 从3到1的发射。
1、样品制备与光谱测试
按配比称取高纯氧化物 (La2O3,Y2O3,Yb2O3和Er2O3)，并用
浓硝酸溶解
然后加入HF使稀土氧化物转化为氟化物共沉淀，空气中 120o干燥10h
按配比将氟化稀土混合物与氟硅酸钠均匀研磨，HF-N2气氛中，管 式炉中630o焙烧
2、激发机理
Er3+的绿色发射，由基态经由4I11/2到4F7/2能记 得两步激发，随后无辐射衰减到2I11/2和4S3/2能 级，最后辐射跃迁回基态，发出绿光
Er3+的红色发射： A、由4S3/2能级经无辐射衰减到红色发射的 4F9/2能级 B、 Er3+接受Yb 3+传递来的三个光量子，由 4S3/2能级激发至2G7/2，无辐射弛豫到4G11/2， 衰减到红色发射4F9/2能级，并将多余能量逆传 递给Yb 3+ C、 Er3+在第一步激发后，从4I11/2无辐射衰减 到4I13/2，再激发到红色发射的4F9/2能级
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End
演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
无辐射弛豫达到发光能级，由此跃迁到基态放出一可见
光子。
发光要求 为了有效实现双光子或多光子效应，发光中心
的亚稳态需要有较长的能级寿命。稀土离子能级之间的跃迁 属于禁戒的f-f 跃迁，因此有长寿命，符合此条件。
能级3-2之间能量差与能级2-1之间的能量差相等。若某一辐射 的能量与上述能量差一致，则会发生激发，离子会从1激发到2， 如果能级2的寿命不是太短，则离子从2激发到3.最后就发生了 从3到1的发射。
1、样品制备与光谱测试
按配比称取高纯氧化物 (La2O3,Y2O3,Yb2O3和Er2O3)，并用
浓硝酸溶解
然后加入HF使稀土氧化物转化为氟化物共沉淀，空气中 120o干燥10h
按配比将氟化稀土混合物与氟硅酸钠均匀研磨，HF-N2气氛中，管 式炉中630o焙烧
纳米材料ppt课件
02
纳米材料的制备方法
物理法
机械研磨法
通过高能球磨或振动磨的方式， 将大块材料破碎成纳米级尺寸。 这种方法简单易行，但制备的纳
米材料纯度较低。
激光脉冲法
利用高能激光脉冲在极短时间内 将材料加热至熔化或气化，然后 迅速冷却形成纳米颗粒。该方法 制备的纳米材料粒径小且均匀，
但设备成本高昂。
电子束蒸发法
磁损耗
在交变磁场中，纳米材料的磁损耗远高于宏观材料，这与其界面和 表面效应有关。
磁电阻效应
某些纳米材料表现出显著的磁电阻效应，如巨磁电阻和自旋阀效应 。这些效应可用于磁电阻传感器和磁随机存储器等领域。
04
纳米材料的应用实例
纳米材料在能源领域的应用
太阳能电池
利用纳米结构提高光电转 换效率，降低成本。
纳米材料的环保问题
纳米材料在环境中的持久性
一些纳米材料可能在环境中长时间存在，不易降解，可能造成长期的环境污染。
纳米材料的环境释放途径
生产和使用纳米材料过程中，可能通过废水、废气等途径将纳米颗粒释放到环境中。
纳米材料对生态系统的潜在影响
纳米材料可能通过食物链进入生物体，影响生物的生理功能和生态平衡。
解决纳米材料安全与环保问题的策略与建议
加强纳米材料的环境和健康影响 研究
深入研究纳米材料的环境行为和健康影响 ，为制定有效的管理措施提供科学依据。
制定严格的法规和标准
制定针对纳米材料的生产和使用的法规和 标准，限制其对环境和健康的潜在风险。
发展绿色合成方法和应用技术
提高公众意识和参与度
开发环保友好的纳米材料合成方法和应用 技术，减少纳米材料的环境释放。
生物合成法
利用微生物（如细菌）合成有机或无机纳米材料。该方法制 备的纳米材料具有生物相容性和生物活性，在生物医学领域 有广泛应用前景。
上转换发光材料ppt课件
是ESA和ET相结合的过程，其主要特征为:
泵浦波长对应于离子的某一激发态能级与
其上能级的能量差而不是基态能级与其激 发态能级的能量差;
其次，PA引起的上转换发光对泵浦功率有
明显的依赖性，低于泵浦功率阀值时，只 存在很弱的上转换发光，而高于泵浦功率 阀值时，上转换发光强度明显增加，泵浦 光被强烈吸收。
27
稀土五磷酸盐基质
在稀土五磷酸盐(HoP5O14) 非晶玻璃中相
继获得了紫外上转换发光和蓝绿波段的上转换 发光。
稀土五磷酸盐是一种化学计量比晶体,高浓度
掺杂,低猝灭,高增益和低阈值等优点使其受到 广泛应用。经特殊处理后成为非晶材料,它不仅 保存了晶态材料的优点,而且还克服了晶态材料 基质易开裂和不易加工的缺点。
33
在(复合) 氧化物单晶中也有一些低声
子能量的材料,如YAl3 (BO3) 4 (192. 9cm-1) , ZnWO4 (199. 5cm-1) 。
34
8.5.2 敏化发光
敏化上转换发光同样是提高上转换发光的 有效途径之一。例如:在氧化物中双掺 Yb3 + ,Tm3 + 离子,可使Tm3+ 离子的 上转换发光强度提高3个数量级以上。
31
近年来采用氟氧化物微晶玻璃(玻璃陶瓷) 来
当基体是一种既方便又有效的方法。利用成核 剂诱发氟化物形成微小的晶相,并使稀土离子优 先富集到氟化物微晶中,稀土离子就被氟化物微 晶所屏蔽,而不与包在外面的氧化物玻璃发生作 用。这样,掺杂的氟氧化物微晶玻璃既具有了氟 化物的高转换效率,又具有了氧化物的较好的稳 定性。
和InGaAs LD 的发射波长分别位于979～
810nm、670～690nm 和940～990nm，
纳米材料应用PPT课件
纳米催化剂
利用纳米催化剂对汽车尾 气、工业废气等进行处理， 减少大气中有害气体的排 放。
纳米滤网
利用纳米滤网对空气中的 颗粒物、病毒、细菌等进 行过滤，提高空气质量。
纳米脱硫脱硝技术
利用纳米技术对燃煤烟气 中的硫化物和氮化物进行 脱除，减少酸雨和光化学 烟雾的形成。
土壤修复
纳米肥料
纳米微生物
利用纳米技术将养分制成纳米级肥料， 提高肥料的利用率，减少化肥的使用 量。
目前面临的挑战与问题
安全问题
技术难题
纳米材料可能对人体健康和环境产生潜在 风险，需要加强安全评估和监管。
பைடு நூலகம்
纳米技术的生产成本高，技术难度大，需 要进一步研究和创新。
法规缺失
公众认知
目前缺乏针对纳米技术的专门法规和标准 ，需要完善相关法律法规。
提高公众对纳米技术的认知和理解，加强 科普宣传和教育。
解决策略与建议
太阳能电池
总结词
太阳能电池是利用纳米材料吸收太阳光并转化为电能的装置，具有高效、环保和可持续的特点。
详细描述
太阳能电池中的吸光材料通常为纳米级的多晶硅、染料或量子点等，能够吸收太阳光的可见光和近红外光，提高 太阳能的利用率。常见的太阳能电池包括晶体硅太阳能电池、染料敏化太阳能电池和量子点太阳能电池等。
分子诊断
纳米材料可以识别和检测生物标志物 和基因突变，实现疾病的早期诊断和 个性化治疗。
生物组织工程
组织修复与再生
利用纳米材料作为支架材料，引导细 胞生长和分化，促进受损组织的修复 和再生。
生物相容性
纳米材料可以提高植入材料的生物相 容性，降低免疫排斥反应，提高植入 成功率。
05 纳米材料在环保领域的应 用
纳米材料及其应用PPT课件
2000s
纳米材料在各个领域得到广泛应用，成为研 究热点。
1990s
纳米技术迅速发展，出现多种制备方法。
2010s至今
纳米技术不断创新，应用领域不断拓展。
02
纳米材料的制备方法
物理法
真空蒸发冷凝法
01
在真空条件下，通过加热蒸发物质，并在冷凝过程中形成纳米
粒子。
激光诱导法
02
利用高能激光束照射物质表面，通过激光能量使物质蒸发并冷
生物法
微生物合成法
利用微生物作为模板或催化剂，通过生物反应合成具有特定结构 和性质的纳米材料。
植物提取法
利用植物中的天然成分作为原料，通过提取和纯化得到纳米材料。
酶催化法
利用酶的催化作用合成具有特定结构和性质的纳米材料。
03
纳米材料的应用领域
能源领域
01
02
03
燃料电池
纳米材料可以提高燃料电 池的效率和稳定性，降低 成本。
纳米材料及其应用 ppt课件
目录
• 纳米材料简介 • 纳米材料的制备方法 • 纳米材料的应用领域 • 纳米材料面临的挑战与前景 • 纳米材料的应用案例分析
01
纳米材料简介
纳米材料的定义与特性
定义
纳米材料是指在三维空间中至少有一 维处于纳米尺度范围（1-100nm）或 由它们作为基本单元构成的材料。
凝形成纳米粒子。
机械研磨法
03
通过机械研磨将大块物质破碎成纳米级粒子，常见于金属、陶
瓷等硬质材料的制备。
化学法
化学气相沉积法
利用化学反应在加热条件下生成纳米粒子，通常需要使用气态反 应剂和催化剂。
溶胶-凝胶法
通过将原料溶液进行溶胶和凝胶化处理，再经过热处理得到纳米 粒子。
纳米材料在各个领域得到广泛应用，成为研 究热点。
1990s
纳米技术迅速发展，出现多种制备方法。
2010s至今
纳米技术不断创新，应用领域不断拓展。
02
纳米材料的制备方法
物理法
真空蒸发冷凝法
01
在真空条件下，通过加热蒸发物质，并在冷凝过程中形成纳米
粒子。
激光诱导法
02
利用高能激光束照射物质表面，通过激光能量使物质蒸发并冷
生物法
微生物合成法
利用微生物作为模板或催化剂，通过生物反应合成具有特定结构 和性质的纳米材料。
植物提取法
利用植物中的天然成分作为原料，通过提取和纯化得到纳米材料。
酶催化法
利用酶的催化作用合成具有特定结构和性质的纳米材料。
03
纳米材料的应用领域
能源领域
01
02
03
燃料电池
纳米材料可以提高燃料电 池的效率和稳定性，降低 成本。
纳米材料及其应用 ppt课件
目录
• 纳米材料简介 • 纳米材料的制备方法 • 纳米材料的应用领域 • 纳米材料面临的挑战与前景 • 纳米材料的应用案例分析
01
纳米材料简介
纳米材料的定义与特性
定义
纳米材料是指在三维空间中至少有一 维处于纳米尺度范围（1-100nm）或 由它们作为基本单元构成的材料。
凝形成纳米粒子。
机械研磨法
03
通过机械研磨将大块物质破碎成纳米级粒子，常见于金属、陶
瓷等硬质材料的制备。
化学法
化学气相沉积法
利用化学反应在加热条件下生成纳米粒子，通常需要使用气态反 应剂和催化剂。
溶胶-凝胶法
通过将原料溶液进行溶胶和凝胶化处理，再经过热处理得到纳米 粒子。
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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
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
上转换发光材料的应用（一）
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
典型纳米背景介绍 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。
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交流
上转换材料BaF2:Yb3+,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
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。
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