Ho3 离子掺杂NaYF4纳米晶体的荧光调控特性研究

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1、＠必姜部Ｃ大＃硕士研究生学位论文３＋Ｈｏ离子掺杂ＮａＹＦ４纳米晶体的荧光调控特性研究作者：孔祥巧指导教师：董军教授学科（专业）：物理电子学提交论文日期一：二〇八年六月硕士研究生学位论文3+Ho离子掺杂NaYF4纳米晶体的荧光调控特性研究作者：孔祥巧指导教师：董军教授学科（专业）：物理电子学提交论文日期：二○一八年六月单位代码11664学号1502210010分类号O433密级西安邮电大学硕士研究生学位论文3+题（中、英文）目Ho离子掺杂NaYF4纳米晶体的荧光调控特性研究StudyonthefluorescentpropertiesofNaYF4

2、3+nanocrystalsdopedbyHoions作者姓名孔祥巧指导教师姓名、职务董军、教授学科门类工学学科（专业）物理电子学提交论文日期二○一八年六月摘要摘要稀土离子具有丰富的能级结构，使得稀土掺杂纳米发光材料拥有多彩的荧光发射等独特的光学特性，且已被广泛地应用在光电、太阳能、生物医学、荧光显示、防伪技术等领域。其中，选择性地调控稀土发光材料的荧光特性是研究者们普遍关注的热点之一。众所周知，稀土离子发光过程主要包括下转换发光和上转换发光过程，且多数研究围绕上转换发光过程及机理展开。稀土上转换纳米发光材料在生物中由于其较强的探测灵敏度已被应用到生物标志和生物成像中，其光谱探测

3、范围主要位于生物组织“光学窗口”内，即600-1100nm波长范围区域。因此，获取较强的红光发射或者实现单带红光发射是实现生物靶向目标检测的前提条件之一。为此，本文主要以NaYF4纳米晶为基质材料，通过离子共3+掺技术、增加激发功率及构建核壳结构等策略实现对发光离子Ho离子发光特性的3+3+3+调控。在近红外光980nm激光激发下，通过引入Ce离子调控NaYF4:Yb/Ho上转3+换纳米晶体中Ho离子的荧光发射，实现其从绿光向红光转变，同时通过增加激发3+功率和构建核壳结构，进一步提高Ho离子的红光发射强度及色纯度。主要工作和结论如下：3+3+1)采用高温共沉淀法合成了具有六方相

4、结构的NaYF4:Yb/Ho纳米晶体，其尺3+寸约为20nm。在980nm激光激发下，系统研究了Ce离子浓度变化对NaYF4纳米晶3+体中Ho离子上转换发光特性及离子间能量传递效率的影响规律。研究发现：随着3+3+Ce离子浓度的增加，Ho荧光发射由绿光发射转为红光发射，且红绿比增加了近113+3+倍。红光增强主要归因于邻近Ho和Ce离子间的两个有效交叉弛豫过程。通过对53+23+53+23+其发光动力学的研究，发现I6(Ho)+F5/2(Ce)→I7(Ho)+F7/2(Ce)交叉弛豫1（CR1）553+23+53+23+过程起辅助作用，S2/F4(Ho)+F5/2(Ce)→F5(

5、Ho)+F7/2(Ce)交叉弛豫2（CR2）3+3+3+过程起主导作用。同时通过增加激发功率，实现了NaYF4:Yb/Ho/Ce纳米晶体的红光上转换发射强度的增加。2)为进一步增加红光上转换发射强度，采用外延生长法构建了3+3+3+3+NaYF4:20%Yb/2%Ho/12%Ce@NaYF4:Yb核壳结构纳米晶体。通过调节壳层中3+3+敏化剂离子Yb离子浓度，实现了Ho的红光上转换发光强度的增强。实验结果发3+3+3+现：在NaYF4:20%Yb/2%Ho/12%Ce@NaYF4核壳结构纳米晶体中观察到了明显3+的荧光增强，其原因是壳层的保护作用抑制了核中激活剂Ho离子的无辐射弛

6、豫过3+程。而当壳层中掺杂的Yb离子发生变化时，核壳构型纳米晶体的红光上转换发光3+强度呈现先增加后减少的趋势，且Yb离子浓度为10%mol时达到最强。关键词：上转换；离子掺杂；核壳结构；荧光调控IABSTRASTABSTRACTRare-earthdopedluminescentnanomaterialshaveuniqueopticalpropertiessuchascolorfulfluorescenceemission,becauseofrichenergylevelstructureofrare-earthions,andhavebeenwidelyappliedint

7、heoptoelectronics,solarenergy,biomedical,fluorescentdisplay,andanti-counterfeitingtechnologies.theselectiveregulationofthefluorescencecharacteristicsofrareearthluminescentmaterialsisoneofthehottopicsthatresearchersaregenerallyconcernedabout.I