上转换发光材料

1、上转换发光材料第1页，共29页，2022年，5月20日，0点37分，星期日概念、分类发展历程机理应用发展趋势主要内容第2页，共29页，2022年，5月20日，0点37分，星期日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。第3页，共29页，2

2、022年，5月20日，0点37分，星期日分类根据掺杂离子分类可将上转换材料可分为单掺和双掺两种单掺材料利用稀土离子f-f禁戒跃迁，效率不高。双掺稀土离子则是以高浓度掺入一个敏化离子，其激发态高于激活离子激发亚稳态，因此可将吸收的红外光子能量传递给这些激活离子，发生双光子或多光子加和，从而实现上转换过程。第4页，共29页，2022年，5月20日，0点37分，星期日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

3、率最高的基质材料 第5页，共29页，2022年，5月20日，0点37分，星期日发展历程发展历程1959年，Bloeberge用960nm的红外光激发多晶ZnS ，观察到 525nm的绿色发光。1962年，此种现象又在硒化物中得到了进一步的证实。1966年， 法国科学家Auzel在研究钨酸镱钠玻璃时，意外发现，当基质材料中掺入Yb3+ 离子时，Er 3+、 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”的概念1968年，制出第一个有实用价值的上转换材料LaF3，一时间Yb,Er 成为研究热点；20世纪 90年代初： 在低温下(液氮温度)在掺Er

4、3+：CaF2晶体中上转换发光效率高达25%近年来，纳米材料的小尺寸效应、高比表面效应、量子效应等优点使纳米材料成为稀土离子上转换发光领域中一个新的研究热点，尤其是镧系掺杂发光材料的研究最多 。第6页，共29页，2022年，5月20日，0点37分，星期日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机理第7页，共29页，2022年，5月20日，0点37分，星期日发光机理一.激发态吸收第8页，共29页，2022年，5月20日，0点37分，星期日二.能量传递发光机理第9页，共29页，2022年，5月20日，0点37分，星期日三.光子雪崩发光机理第10页，共29页，2022年，5月2

5、0日，0点37分，星期日上转换发光效率影响因素基质特性稀土离子浓度发光中心的能级结构温度环境第11页，共29页，2022年，5月20日，0点37分，星期日上转换发光的优点 可以有效降低光致电离作用引起基质材料的衰退； 不需要严格的相位匹配，对激发波长的稳定性要求不高； 输出波长具有一定的可调谐性。第12页，共29页，2022年，5月20日，0点37分，星期日上转换发光材料的应用稀土上转换材料在功能材料方面呈现了强劲的发展趋势。应用领域包括： 照明 建筑装饰 工艺美术 农业 军事 生物 医学第13页，共29页，2022年，5月20日，0点37分，星期日上转换发光材料的应用主要应用为： 电光源照明

6、 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第14页，共29页，2022年，5月20日，0点37分，星期日上转换发光材料的应用 生物成像防伪技术红外探测显示技术第15页，共29页，2022年，5月20日，0点37分，星期日上转换发光材料的应用（一）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UCNPs 稀土上转换发光纳米材料第16页，共29页，2022年，5月20日，0点37分，星期日上转换发光材料的应用（一）灵敏性： 以 UCNPs

7、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。第17页，共29页，2022年，5月20日，0点37分，星期日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 LSUCLM的光漂白非常低DiI红色DAPI蓝色UCNPs绿色第18页，共29页，2022年，5月20日，0点37分，星期日上转换发光材料的应用（一）优点：1) 无背景干扰，具有较高选择性和灵敏性2) 光漂白非常低，可用于长期成像3) 廉价的近红外连续激光器4) 能显示复杂的生物样品中更多的细节。5) 对生物组织几乎无损伤第19

8、页，共29页，2022年，5月20日，0点37分，星期日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第20页，共29页，2022年，5月20日，0点37分，星期日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第21页，共29页，2022年，5月20日，0点37分，星期日上转换发光材料的应用 生物成像防伪技术红外探测显示技术第22页，共29页，2022年，5月20日，0点37分，星期日上转换发光材料的应用（二）掺有稀土元素的红外上转换材料配制成无色的油墨第23页，共29页，2022年，5月20日，0点37分，星期日上转换发光材料的应用（二）激励波长（m）发射波长（m）第24页，共29页，2022年，5月20日，0点37分，星期日上转换发光材料的应用（二）第25页，共29页，2022年，5月20日，0点37分，星期日上转换发光材料的应用（二） 这种红外上转换油墨也适用于塑料薄膜, 可以方便地与现有的激光全息防伪标识结合在一起, 起到综合防伪作用第26页，共29页，2022年，5月20日，0点37分，星期日上转换发光材料的应用 生物成像防伪技术红外探测显示技术第27页，共29页，2022年，5月20日，0点37分，星期日发展趋势目前，上转换理论日趋完善，新产品层出不穷。随着节能环保成为发展主流，稀土材料越来越受到重视，如果能对稀土离子