上转换发光材料课件.ppt

概念、分类概念、分类发展历程发展历程机理机理应用应用发展趋势发展趋势主要主要内容内容什么是上转换发光材料？上转换发光，即：反反-斯托克斯发光斯托克斯发光（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高能量的光激发，发出低能量低能量的光的光，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，或者可见光激可见光激发出红外线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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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 发展历程发展发展历程历程19591959年，BloebergeBloeberge用960nm的红外光激发多晶ZnS ，观察到 525nm的绿色发光19621962年，此种现象又在硒化物中得到了进一步的证实19661966年年， 法国科学家AuzelAuzel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19681968年年，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；2020世纪世纪 9090年代初年代初： 在低温下(液氮温度)在掺Er3+：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 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发光机理一.激发态吸收二.能量传递发光机理三.光子雪崩发光机理上转换发光效率影响因素1.基质特性2.稀土离子浓度3.发光中心的能级结构4.温度环境上转换发光的优点①￿可以有效降低光致电离作用引起基质材料的衰退；②￿不需要严格的相位匹配，对激发波长的稳定性要求不高；③￿输出波长具有一定的可调谐性。

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上转换发光材料的应用•主要应用为：￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿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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上转换发光材料的应用（一）•激光扫描上转换发光显微成像激光扫描上转换发光显微成像 (laser (laser scanning up-conversion scanning up-conversion luminescence microscopy, luminescence microscopy, LSUCLMLSUCLM) ) 技术技术LSUCLM技术的光路图UCNPs ——稀土上转换发光纳米材料稀土上转换发光纳米材料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。

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上转换发光材料的应用（一）优点：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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 •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（二）•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（二）激励波长（μm）发射波长（μm）上转换发光材料的应用（二）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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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，如果能对稀土离子的电荷迁移带做充分研究,利用它对激发光能量的宽带吸收和对稀土激活离子的能量传递，提高发光效率，将带来巨大的发展前景•寻求新的发光机制•更合适的基质材料•提高发光效率。