(优选)典型纳米材料举例上转换发光材料详解.

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。

上转换发光纳米材料的制备及其在传感器中的应用

上转换发光纳米材料的制备及其在传感器中的应用上转换发光纳米材料由于其发光效率高、发光寿命长、发射峰窄、Stokes 位移大、化学稳定好、细胞毒性小、背景干扰小和几乎不存在光漂白等优点,被广泛用于离子和分子检测、生物标记、细胞成像及活体检测中。

与普通的下转换纳米材料相比,该上转换纳米材料是用低能量的近红外光激发,发射高能量的可见光,因此,对生物组织伤害小,而且穿透能力强,是理想的荧光材料。

本文以检测亚硝酸根为目的,建立了一种基于上转换发光的比率荧光法,提高了检测的准确度和灵敏度,并且在实际样品检测中得到了很好的应用。

第一章主要概述了上转换纳米粒子的发光机理、制备方法、表面功能化以及其在传感器方面的诸多应用。

第二章,我们通过高温法制备了NaYF4:Yb,Er上转换纳米粒子(UCNPs),由于表面有油酸覆盖,该纳米粒子只溶于环己烷,氯仿和甲苯等有机溶剂中。

因此,我们又采用配体交换法,用聚丙烯酸(PAA)替代表面的油酸,将其转化为水溶性。

同时我们通过改变掺杂离子,制备了发蓝光的NaYF4:Yb,Tm和发绿光的NaYF4:Yb，Ho。

最后通过透射电子显微镜、选区电子衍射、X射线粉末衍射仪、红外光谱仪以及荧光光谱仪对所合成的NaYF4:Yb,Er纳米颗粒进行表征,实验结果表明,所合成的上转换纳米粒子在水溶液中具有很好的分散性,发光效率高而且发光稳定好。

第三章,我们用所合成的NaYF4纳米颗粒作为探针,借助染料中性红和亚硝酸根之间的特异性反应,选择性打开NaYF4:Yb,Er位于539nm处的发射峰,而位于654nm处的发射峰保持不变,由此构建了一种比率荧光法快速准确地实现了亚硝酸根的定量分析。

结果表明I539/I654与亚硝酸根浓度在一定范围内呈线性关系,其最低检测线可以达到0.2ppm,并且实现了过程中从红色到橘黄色最后到绿色的多色调控。

另外,在自来水、湖水及肉制品等实际样品中亚硝酸盐的检测上也得到了令人满意的结果。

上转换荧光材料

材料化学专业上转换荧光材料题目:班级:姓名:指导教师:年月日摘要近年来，上转换荧光纳米材料以其荧光效率高、稳定性好、分辨率高等优良性能，受到科研人员的广泛关注。

其在防伪识别、太阳能电池、生物荧光标记、上转换激光器等领域有着广泛的应用前景。

尤其是在生物上转换荧光标记领域，与传统的有机染料和量子点荧光标记材料相比具有很多优良性能，例如检测灵敏度高、背景干扰小、机体损伤小等。

通过上转换发光的原理，讨论了影响上转换发光材料发光效率的诸多因素，并通过查找文献资料，讨论了各独立影响因素的作用机理，总结了在当前发展状况下，为达到最佳发光效率应如何选择基质材料、环境温度、激活离子和敏化离子等。

现今，随着纳米技术、计算机技术等的发展，上转换发光纳米晶的研究成为了热点，在生物领域和非生物领域的研究都起着重要作用。

合成出高质量、高荧光性能的NaYF4∶Yb3+上转换纳米颗粒是使之能够在生物医学等领域广泛应用的前提条件。

本文针对NaYF4:Yb3+上转换荧光纳米颗粒的合成方法、表面修饰以及生物应用等方面的研究进展进行综述。

目录摘要 (I)第1章绪论 (1)1.1 上转换荧光材料介绍 (1)1.2 上转换荧光材料的类别 (1)1.3 上转换材料的发展历史 (2)第2章上转换的发光机制和方法 (4)2.1 上转换的发光机制 (4)2.1.1 激发态吸收 (4)2.1.2 能量传递上转换 (5)2.1.3 光子雪崩 (6)2.2 稀土上转换荧光纳米材料的制备方法 (7)第3章NaYF4:Yb3+/Er3+上转换荧光纳米晶 (9)3.1 NaYF4基质材料 (9)3.2 NaYF4:Yb3+/Er3+荧光纳米晶的上转换荧光结构与功能 (10)3.3 NaYF4:Yb3+/Er3+荧光纳米晶的制备 (11)3.4 NaYF4∶Yb3+ / Er3+上转换荧光纳米颗粒的表面修饰 (12)3.4.1 疏水性β-NaYF4:Yb,Er上转换纳米粒子（UCNPs）的表面改性 (12)3.5 NaYF4∶Yb3+ / Er3+上转换荧光纳米材料的运用 (14)总结 (15)参考文献 (16)第1章绪论1.1上转换荧光材料介绍上转换发光是在长波长光的激发下，可持续发射波长比激发光波长短的光,是指将2个或2个以上的低能光子转换成一个高能光子的现象,一般特指将红外光转换成可见光,其发光机理是基于双光子或多光子过程大多数发光材料是利用稀土离子吸收高能量的短波辐射,发出低能量长波辐射的Stoke效应。

上转换发光材料

上转换发光材料上转换发光的概念：上转换发光是在长波长光激发下，可持续发射波长比激发波长短的光。

本质上是一种反-斯托克斯（Anti-Stokes）发光，即辐射的能量大于所吸收的能量。

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。

上转换发光技术的发展：早在1959年就出现了上转换发光的报道，Bloembergc在Physical Review Letter上发表的一篇文章提出，用960nm的红外光激发多晶ZnS，观察到了525nm绿色发光。

1966年Auzcl在研究钨酸镱钠玻璃时，意外发现，当基质材料中掺入Yb离子时，Er3+、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”的观点。

整个60－70年代，以Auzal 为代表，系统地对掺杂稀土离子的上转换特性及其机制进行了深入的研究，提出掺杂稀土离子形成亚稳激发态是产生上转换功能的前提。

迄今为止,上转换材料主要是掺杂稀土元素的固体化合物，利用稀土元素的亚稳态能级特性，可以吸收多个低能量的长波辐射，从而可使人眼看不见的红外光变成可见光。

80年代后期，利用稀土离子的上转换效应，覆盖红绿蓝所有可见光波长范围都获得了连续室温运转和较高效率、较高输出功率的上转换激光输出。

1994年Stanford大学和IBM公司合作研究了上转换应用的新生长点——双频上转换立体三维显示，并被评为1996年物理学最新成就之一。

2000年Chen 等对比研究了Er／Yb：FOG氟氧玻璃和Er／Yb：FOV钒盐陶瓷的上转换特性，发现后者的上转换强度是前者的l0倍，前者发光存在特征饱和现象，提出了上转换发光机制为扩散．转移的新观点。

上转换发光材料

上转换发光材料上转换发光的概念：上转换发光是在长波长光激发下，可持续发射波长比激发波长短的光。

本质上是一种反-斯托克斯（Anti-Stokes）发光，即辐射的能量大于所吸收的能量。

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。

上转换发光技术的发展：早在1959年就出现了上转换发光的报道，Bloembergc在Physical Review Letter上发表的一篇文章提出，用960nm的红外光激发多晶ZnS，观察到了525nm绿色发光。

1966年Auzcl在研究钨酸镱钠玻璃时，意外发现，当基质材料中掺入Yb离子时，Er3+、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”的观点。

整个60－70年代，以Auzal 为代表，系统地对掺杂稀土离子的上转换特性及其机制进行了深入的研究，提出掺杂稀土离子形成亚稳激发态是产生上转换功能的前提。

迄今为止,上转换材料主要是掺杂稀土元素的固体化合物，利用稀土元素的亚稳态能级特性，可以吸收多个低能量的长波辐射，从而可使人眼看不见的红外光变成可见光。

80年代后期，利用稀土离子的上转换效应，覆盖红绿蓝所有可见光波长范围都获得了连续室温运转和较高效率、较高输出功率的上转换激光输出。

1994年Stanford大学和IBM公司合作研究了上转换应用的新生长点——双频上转换立体三维显示，并被评为1996年物理学最新成就之一。

2000年Chen 等对比研究了Er／Yb：FOG氟氧玻璃和Er／Yb：FOV钒盐陶瓷的上转换特性，发现后者的上转换强度是前者的l0倍，前者发光存在特征饱和现象，提出了上转换发光机制为扩散．转移的新观点。

上转换纳米材料

上转换纳米材料上转换纳米材料是一种能够将低能量光转换为高能量光的材料。

这种材料通常被应用于光学成像、生物标记、激光器等领域。

上转换纳米材料的制备方法多种多样，包括溶剂热法、溶胶凝胶法、热分解法等。

其中，溶剂热法是一种常用的制备方法，通过在高温高压的条件下使原料溶液中的金属离子和稀土离子发生共沉淀反应，形成上转换纳米材料。

上转换纳米材料在生物医学领域有着广泛的应用。

例如，将上转换纳米材料修饰在纳米载体上，可以用于肿瘤的早期诊断。

由于上转换纳米材料具有较窄的发射光谱和较窄的吸收光谱，因此可以通过调节其组分和结构来实现针对性的生物成像。

此外，上转换纳米材料还可以用于光动力疗法，通过将其注射到患部并照射相应波长的激光光源，实现对肿瘤的精准治疗。

除了在生物医学领域，上转换纳米材料还被广泛应用于光学成像领域。

由于上转换纳米材料具有较高的光学稳定性和较窄的发射光谱，因此可以用于提高光学成像的分辨率和灵敏度。

例如，将上转换纳米材料修饰在纳米探针上，可以用于细胞内器官的高分辨率成像，有助于深入了解细胞内部的结构和功能。

此外，上转换纳米材料还可以用于激光器领域。

由于上转换纳米材料具有较高的光学增益和较窄的发射光谱，因此可以用于提高激光器的输出功率和波长选择性。

例如，将上转换纳米材料掺杂到激光介质中，可以实现对激光器的性能优化，有助于提高激光器的工作效率和稳定性。

总之，上转换纳米材料是一种具有广泛应用前景的材料，其在生物医学、光学成像、激光器等领域均有着重要的应用价值。

随着制备技术的不断进步和应用需求的不断增加，相信上转换纳米材料将会在更多领域展现出其独特的优势和潜力。

led纳米发光材料

led纳米发光材料
LED纳米发光材料是指应用于LED（Light Emitting Diode）器件中的纳米级材料，用于产生和调控光的发射。

以下是一些常见的LED纳米发光材料：
1. 量子点（Quantum Dots）：量子点是具有纳米尺寸的半导体颗粒，具有特殊的光学和电学性质。

它们可以通过调整其大小和组成来实现不同波长的发光，因此被广泛用于提高LED的色彩品质和效率。

2. 纳米荧光材料（Nanophosphors）：纳米荧光材料是一种能够吸收并重新辐射可见光的材料。

它们可以用于改善LED的发光效率、增强亮度和色彩饱和度。

3. 纳米线（Nanowires）：纳米线是直径在几十到几百纳米范围内的细长结构，可以作为LED的主动发光层。

纳米线具有高表面积和优异的光学特性，可以提供高效的光发射和收集。

4. 二维材料（Two-dimensional Materials）：包括石墨烯、过渡金属硫化物等。

这些材料具有独特的光学和电学性质，
可以用于改善LED的效率和色彩品质。

这些纳米发光材料在LED技术中起着关键作用，能够帮助提高LED器件的亮度、色彩准确性和能效。

随着纳米技术的不断发展，LED纳米发光材料还将继续进化和创新，为LED 照明和显示领域带来更多的突破和应用。

上转换发光材料的制备、性能及应用研究

上转换发光材料的制备、性能及应用研究上转换发光材料是一种具有广阔应用前景的新兴材料。

本文将介绍上转换发光材料的制备方法、性能特点以及其在不同领域中的应用研究进展。

上转换发光材料是一种能够将低能量的激发光转换为高能量的发光现象的材料。

它与传统的下转换发光材料不同，后者是将高能量的激发光转换为低能量的发光。

上转换发光材料在生物医学成像、显示技术、能源转换等众多领域具有广泛的应用前景。

上转换发光材料的制备主要包括物理法和化学法两种方法。

物理法主要利用高能粒子注入或离子注入的方式在晶格中引入能级，从而实现上转换发光。

化学法则是通过掺杂或配位原子的方式，改变晶格结构或能带结构，实现上转换发光效果。

这两种制备方法各有特点，可以根据具体需求选择合适的方法。

上转换发光材料的性能特点主要体现在以下几个方面。

首先，上转换发光材料具有较高的上转换效率，能够将低能量的激发光转换为高能量的发光，从而提高能量利用效率。

其次，上转换发光材料具有较宽的光谱范围，可以实现多色发光，满足不同应用的需求。

另外，上转换发光材料具有较长的激发寿命，对于进行长时间激发发光的应用具有较大优势。

最后，上转换发光材料还具有较高的光学稳定性和化学稳定性，能够在不同环境下稳定发光，具有较长的使用寿命。

在生物医学成像领域，上转换发光材料被广泛应用于生物标记和活体成像。

由于其较长的激发寿命和较宽的光谱范围，上转换发光材料可以通过激发发光的方式实现对生物样本的高对比度成像。

同时，上转换发光材料具有较高的光学稳定性和化学稳定性，能够在生物体内稳定发光，对生物体无毒副作用。

在显示技术领域，上转换发光材料能够实现全彩色显示。

由于其较宽的光谱范围，上转换发光材料可以发射多种颜色的发光，从而实现更丰富的显示效果。

另外，由于其较高的光学稳定性和化学稳定性，上转换发光材料能够在长时间使用中保持较好的显示效果。

在能源转换领域，上转换发光材料被应用于太阳能电池和发光二极管中。

稀土纳米材料——这种材料极具潜力！（上）

稀土纳米材料——这种材料极具潜力！（上）稀土元素因具有独特的4f亚层电子结构、大的原子磁矩、强的自旋-轨道耦合等特点,而产生十分丰富的光、电、磁等性质，是当今世界各国改造传统产业、发展高新技术所不可或缺的战略物资，被誉为“新材料宝库”。

稀土除在冶金机械、石油化工、玻璃陶瓷、轻纺等传统领域中的应用外，更是清洁能源、大运载工具、新能源汽车、半导体照明、新型显示等新兴领域的关键支撑材料，与人类生活息息相关。

经过数十年的发展，稀土相关研究的重点也相应从单一高纯稀土的冶炼分离，向稀土在磁学、光学、电学、储能、催化、生物医药等高新技术应用方面拓展。

一方面在材料体系上更多地趋向于稀土复合材料；另一方面，在形态上更多地集中于低维和功能晶体材料。

特别是随着现代纳米科学的发展，将纳米材料所具备的小尺寸效应、量子效应、表面效应和界面效应等与稀土元素独特的电子层结构特点相结合，稀土纳米材料呈现出不同于传统材料的许多新颖的性质，更大限度地发挥稀土材料的优异性能，并进一步拓展其在传统材料领域和新型高科技制造领域的应用。

目前，主要有以下极具潜力的稀土纳米材料，分别是稀土纳米发光材料、稀土纳米催化材料、稀土纳米磁性材料、纳米氧化铈紫外遮蔽材料及其他纳米功能材料。

一、稀土纳米发光材料01 稀土有机-无机杂化发光纳米材料复合材料将不同功能的单元在分子水平上复合，可实现功能的互补和优化。

有机-无机杂化材料兼具有机组分和无机组分的功能，显现出良好的机械稳定性柔韧性、热稳定性以及优异的可加工性。

稀土配合物具有色纯度高、激发态寿命长、量子产率高、发射谱线丰富等优点,在显示、光波导放大、固体激光器、生物标记及防伪等诸多领域有着广泛的应用。

但是，稀土配合物的光热稳定性低、可加工性差，严重阻碍了其应用推广。

将稀土配合物与具有良好力学性能和稳定性的无机基质相结合，是改善稀土配合物的发光性能的一条有效途经。

02 白光LED稀土发光材料与现有照明技术相比，半导体照明产品发光二极管(LED)具有使用寿命长、能耗低、发光利用率高、无汞、无紫外辐射、工作稳定等优点,被认为是继白炽灯、荧光灯和高强气体放电灯(HID)之后的“第四代光源”。

上转换纳米

上转换纳米
（实用版）
目录
1.上转换纳米材料的概念和特点
2.上转换纳米材料的应用领域
3.我国在上转换纳米材料研究方面的进展
4.上转换纳米材料的发展前景
正文
一、上转换纳米材料的概念和特点
上转换纳米材料是指一类能够在吸收较低能量光子后，通过上转换过程产生高能光子的纳米材料。

这类材料具有较高的光转换效率、较低的激发能量以及良好的光稳定性，因此在光学、光电子和能源等领域具有广泛的应用前景。

二、上转换纳米材料的应用领域
1.光学领域：上转换纳米材料可应用于光学传感器、光学开关、光学限幅器等光学器件中，以实现对光的精确控制。

2.光电子领域：上转换纳米材料在光电子器件中有着广泛的应用，如光放大器、光调制器、光开关等。

3.能源领域：上转换纳米材料可应用于太阳能电池、荧光灯、LED 等领域，以提高能量转换效率，实现绿色能源的更高效利用。

三、我国在上转换纳米材料研究方面的进展
我国在上转换纳米材料的研究方面取得了一系列重要成果。

例如，我国科研人员成功研制出一种具有高效上转换性能的纳米材料，该材料在紫外光激发下，能够产生可见光波段的荧光，具有较高的光转换效率和良好
的应用前景。

四、上转换纳米材料的发展前景
随着科学技术的不断发展，上转换纳米材料在光学、光电子和能源等领域的应用将更加广泛。

典型纳米材料举例-上转换发光材料

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
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
典型纳米材料之--
-
稀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（AntiStokes），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
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
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
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）
UCNPs ——稀土上转换

上转换纳米颗粒的发光机理、制备及生物应用进展

上转换纳米颗粒的发光机理、制备及生物应用进展李静芝;高志贤;李双;赵旭东;秦英凯;刘辉;韩铁【期刊名称】《材料导报》【年(卷),期】2022(36)14【摘要】稀土掺杂的上转换纳米颗粒(UCNPs)是一类吸收长波近红外光子并发射短波紫外可见光子的新型荧光标记材料,即其能够有效地将两个或多个低能光子转换成高能光子。

UCNPs克服了传统荧光标记材料的灵敏度低、光稳定性差等缺点,成为有前途的传统标记材料的替代物之一。

近红外激发的UCNPs具有反斯托克斯位移大、对生物组织损伤小、组织穿透能力强、转换效率高、无背景荧光干扰以及无光漂白效应等诸多优点。

其由于突出的优点、独特的光学性能,在很多领域成为研究的新热点,尤其是在生物传感、成像、靶向给药和光动力学治疗以及生物检测分析应用中显示出巨大的潜力。

本文简要介绍了UCNPs的组成、发光机理以及主要合成方法;在此基础上,重点综述了UCNPs在传感、成像和治疗应用方面的最新研究进展,最后合理地分析了UCNPs目前存在的不足,并展望了其未来的发展方向。

【总页数】11页(P94-104)【作者】李静芝;高志贤;李双;赵旭东;秦英凯;刘辉;韩铁【作者单位】军事科学院军事医学研究院环境医学与作业医学研究所;兰州大学公共卫生学院【正文语种】中文【中图分类】TQ133.3;TQ422【相关文献】1.多巴胺修饰制备亲水性NaYF4：Yb，Er上转换发光纳米颗粒2.稀土上转换发光纳米材料的制备及生物医学应用研究进展3.上转换发光氟化物纳米颗粒的制备及性能研究4.ZnO∶Er/Yb不同形貌纳米颗粒的制备与上转换发光性质研究5.多光子发光的稀土上转换纳米颗粒在生物光子学中的研究进展因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

上转换发光材料

下发光转换发光：
上转换发光：
连续能量转移
交叉弛豫
合作上转换
应用
近红外量子计数器激光器三维立体显示荧光粉传感器生物标记
2020/3/2
免疫分析及生物传感
基于FRET的UCNPs/siRNA-BOBO-3 复合物体系
研究了siRNA在活体细胞内的释放与生物稳定性Langmuir, 2010, 26: 6689-6694
II. 各种上转换材料产生的阶段,对上转换材料的组成及其特性做了系统的研究,得到了各种类型的优质上转换材料
III. 新的上转换机制以及上转换性能与材料的组成、结构、形成工艺条件的对应关系的研究
上转换发光机理
激发态吸收
连续能量转移
交叉弛豫
合作上转换
“光子雪崩”过程
稀土发光材料的发光机理
按照能量转换方式不同，稀土发光材可以分为下转换发光和上转换
• 采用近红外连续激发光源激发还使其具有较大的光穿透深度、无光闪烁和光漂白、无生物组织自发荧光以及对生物组织几乎无损伤
稀土发光材料的组成
基质材料：激活离子提供适合的发射晶体
晶态：单晶(YVO4、YAG、BaY2F8等)
纳米晶粉末(稀土的氟化物、氧化物、磷酸盐等),
非晶态：陶瓷和玻璃
激活剂(发光中心)：改善纯基质材料的发光性能
UCNPs 和AuNPs 之间FRET过程用于Goat anti-human IgG 的免疫分析
Anal. Chem., 2009, 81: 8783
980nm 激发时pH 传感器在不同pH值下的上转换发光光谱
Chem. Commun., 2009, 5000
光导开关
上转换荧光开关原理图

上转换发光材料的组成

上转换发光材料的组成发光材料是指在外部激发下能够发射出可见光的物质。

在现代科技中，发光材料的应用范围非常广泛，从电视，手机屏幕到荧光车漆等等，几乎涉及到了人们生活和工作的各个方面。

而上转换发光材料的组成也是多种多样的，下面就来一一介绍。

一、荧光材料荧光材料是一种上转换发光材料，它的基本原理是：荧光材料吸收它外界的能量（如紫外线），然后将这些能量转化成更高的能量状态，最终将这些能量以可见光的形式释放出来。

荧光材料组成的种类很多，其中比较常见的有：铝石榴石，钐铝石榴石，钡钛矿等。

荧光材料的应用非常广泛，如生物荧光探针、灯具、车漆、显示器、激光医疗和光腔探测等等。

二、半导体材料半导体材料是指在温度为25℃时，导电性介于导体和绝缘体之间的材料。

它们的上转换发光原理是：当电子从价带跃迁到导带时，会释放出光子，从而实现上转换发光。

半导体材料组成的种类也很多，如GaN（氮化镓）、InGaN（氮化镓镓）、ZnS（硫化锌）等等。

半导体材料的应用范围非常广泛，如LED照明、OLED显示、光电子器件、光伏发电和半导体激光等等。

三、稀土材料稀土材料是指由稀土元素组成的材料，它们的上转换发光原理是：当能量被输入到稀土离子中时，离子的电子进入了激发态，通过非辐射跃迁或辐射跃迁，最终传递给基态，从而发出上转换发光。

稀土材料组成的种类也很多，如YVO4：Eu3+（钇钒酸铕）、Y2O3：Eu3+（氧化钇铕）等等。

稀土材料的应用范围也很广泛，如高功率激光器、LED照明、显示器和荧光试剂等等。

四、量子点材料量子点是一种尺度在纳米级别的半导体晶体，在近年来发展迅猛，其上转换发光原理是：当电子从载流子到达量子点表面时，会形成束缚态，这种态的能级结构导致了比原材料更高的激发和发射效率。

量子点材料组成的种类也很多，如CdSe（硒化镉）、CdTe（碲化镉）等等。

量子点材料的应用范围也非常广泛，如LED照明、生物检测、医学成像、显示及光电子器件等等。

上转换纳米粒子的原理

上转换纳米粒子的原理上转换纳米粒子，又称为上转换纳米材料，是一种能够将低能量光转换为高能量光的材料。

其基本原理是通过上转换过程，将两个或多个低能量光子吸收并转换成一个高能量光子。

这一过程违背了通常根据能量守恒原理的光致发光传统理论，而被称为“上转换”。

上转换纳米粒子具有广泛的应用潜力，包括生物医学成像、光催化、太阳能电池、显示器、激光技术等领域。

下面我将详细介绍上转换纳米粒子的原理。

上转换纳米粒子的核心材料主要包括稀土离子、钙钛矿和金属纳米结构等。

其中，稀土离子是最常用的材料，因为它们具有特殊的能级结构，可以完成光子的上转换。

稀土离子通过吸收光子，跃迁到高能级态，随后经过非辐射跃迁，将能量转移到低能级态的纳米晶体基体中。

在纳米晶体基体中，通过激发电子跃迁等过程，原先吸收的能量最终以高能量光子的形式重新辐射出来。

具体来说，上转换纳米粒子的工作原理可以分为两个步骤。

首先是吸收和存储能量的过程，也称为上转换单元。

在这个过程中，纳米晶体基体中的稀土离子吸收低能量光，并且由于能级结构的特殊性质，不会直接发射辐射能量。

而是通过非辐射跃迁的方式，将能量转移到纳米晶体基体中的其他激发态电子。

这些激发态电子会在基底中进行多次碰撞，使得能量被存储下来。

第二个步骤是能量释放和光发射的过程，也称为光发射单元。

在这个过程中，存储的能量在一定条件下被释放，并转化为高能量的光子。

当周围环境中存在足够高能级的基底激发态时，这些存储的能量将会在光子的作用下被激发，从而使得原先存储的能量以高能量光子的形式重新辐射出来。

上转换纳米粒子的工作过程受到多种因素的影响，如材料的能级结构、激发态的寿命、材料的结构和形貌等。

合理选择合适的材料以及优化材料的结构和形貌，可以有效提高上转换的效率和增强光子的发射强度。

总结起来，上转换纳米粒子通过吸收能量并存储下来，然后在特定条件下释放存储的能量，转化为高能量的光子。

这一原理被广泛应用于各种领域，为现代科技的发展提供了重要的支持和推动。

上转换发光材料nayf4纳米晶的可控制备、生长机理及表面修饰的研究

摘要诺贝尔奖获得者Feyneman曾经预言：如果我们对物体微小规模上的排列加以某种控制的话，我们就能使物体得到大量的异乎寻常的特性，就会看到材料的性能产生丰富的变化。

他所指的材料就是纳米材料。

在过去的几十年中，纳米材料备受关注，并且逐渐上升为国家战略材料。

目前，纳米材料已经应用于飞机涂层、航天传感器等高端领域，同时也在药物缓释、汽车制造等民用领域得到了发展。

在生物荧光领域，与传统的量子点材料和有机染料相比，上转换氟化物纳米材料具有毒性低、发射带窄、光稳定性良好等优点。

而小尺寸的纳米颗粒更容易进入生物组织中，并在血液中自由移动，因此可以借助此特性扩展其在生物研究领域的应用。

由此可见，尺寸控制成为拓展NaYF4纳米材料的应用范围的关键。

CdSe量子点材料作为近几年的热门研究材料，由于具有荧光发射峰的位置随晶体粒径的减小发生蓝移的特性而得到了广泛应用。

本论文围绕稀土掺杂NaYF4纳米晶的可控制备、生长机理以及与CdSe量子点的结合等研究开展了一系列工作。

主要研究内容如下：（1）为了能够得到形貌均一、粒径均匀、单分散的NaYF4纳米材料，我们研究组结合了化学、电学、机械学等多领域学科知识，历时多年完成了全自动纳米材料合成仪（ANS01/02型合成仪器）的研制、开发与测试工作。

该仪器不仅帮助科研人员简化手工实验操作的过程、节省时间，而且能够更加稳定可靠地合成纳米材料。

通过“使用模板”程序控制反应温度、反应时间、搅拌速度、气体流量、投料速度等因素，进而可重复地合成10 nm左右的NaYF4纳米粒子。

通过“高级模式”程序，操作者可以根据实验条件自主设置实验参数并进行实验，这使得利用该仪器可能完成更多材料的合成实验，也为操作者提供了更便捷的实验平台。

（2）成功制备了NaYF4：18%Yb3+，2%Er3+纳米晶的标准反应溶液。

该标准反应溶液可供ANS01/02型合成仪器进行多次常规反应，实验人员可按照一次实验用量进行抽取。

上转换发光材料

上转换发光材料上转换发光的概念：上转换发光是在长波长光激发下，可持续发射波长比激发波长短的光。

本质上是一种反-斯托克斯（Anti-Stokes）发光，即辐射的能量大于所吸收的能量。

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。

上转换发光技术的发展：早在1959年就出现了上转换发光的报道，Bloembergc在Physical Review Letter上发表的一篇文章提出，用960nm的红外光激发多晶ZnS，观察到了525nm绿色发光。

1966年Auzcl在研究钨酸镱钠玻璃时，意外发现，当基质材料中掺入Yb离子时，Er3+、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”的观点。

整个60－70年代，以Auzal 为代表，系统地对掺杂稀土离子的上转换特性及其机制进行了深入的研究，提出掺杂稀土离子形成亚稳激发态是产生上转换功能的前提。

迄今为止,上转换材料主要是掺杂稀土元素的固体化合物，利用稀土元素的亚稳态能级特性，可以吸收多个低能量的长波辐射，从而可使人眼看不见的红外光变成可见光。

80年代后期，利用稀土离子的上转换效应，覆盖红绿蓝所有可见光波长范围都获得了连续室温运转和较高效率、较高输出功率的上转换激光输出。

1994年Stanford大学和IBM公司合作研究了上转换应用的新生长点——双频上转换立体三维显示，并被评为1996年物理学最新成就之一。

2000年Chen 等对比研究了Er／Yb：FOG 氟氧玻璃和Er／Yb：FOV钒盐陶瓷的上转换特性，发现后者的上转换强度是前者的l0倍，前者发光存在特征饱和现象，提出了上转换发光机制为扩散．转移的新观点。

纳米材料论文(优秀5篇)

纳米材料论文（优秀5篇）摘要：目前世界上上转换纳米荧光材料正处在发展阶段，材料的选择和合成有待于深入细致的研究。

本文对上转换发光纳米晶的选择和合成做了系统的讨论。

关键词：纳米材料发光材料上转换发光荧光材料双光子吸收纳米晶1.引言近年来，人们开始对荧光标记材料产生了浓厚的兴趣，特别是随着纳米技术的发展，能够进行生物标记的无机纳米晶成为人们追逐的热点，但是由于生物背底同样会产生荧光从而对荧光检测形成干扰，于是不会产生背底干扰的稀土上转换纳米发光标记材料引起了人们的注意。

1.1纳米材料简介纳术概念是1959年木，诺贝尔奖获得着理查德。

费曼在一次讲演中提出的。

他在“There is plenty of room at thebottom”的讲演中提到，人类能够用宏观的机器制造比其体积小的机器，而这较小的机器可以制作更小的机器，这样一步步达到分子尺度，即逐级缩小生产装置，以至最后直接按意愿排列原子，制造产品。

他预言，化学将变成根据人仃〕的意愿逐个地准确放置原子的技术问题，这是最早具有现代纳米概念的思想。

20世纪80年代末、90年代初，出现了表征纳米尺度的重要工具一扫描隧道显微镜(STM)，原子力显微镜(AFM)一认识纳米尺度和纳米世界物质的直接的工具，极大地促进了在纳米尺度上认识物质的结构以及结构与性质的关系，出现了纳米技术术语，形成了纳米技术。

其实说起来纳米只是一个长度单位，1纳米(nm)=10又负3次方微米=10又负6次方毫米(mm)=10又负9次方米(m)=l0A。

纳米科学与技术(Nano-ST)是研究由尺寸在1-100nm之间的物质组成的体系的运动规律和相互作用以及可能的实际应用中的技术问题的科学技术。

关于纳米技术，从迄今为止的研究状况来看，可以分为4种概念。

在这里就不一一介绍了。

1.2上转换纳米材料介绍稀土上转换发光材料通过多光子机制把长波辐射转换成短波辐射称为上转换。

所谓的上转换材料就是指受到光激发时，可以发射比激发波长短的荧光的材料。

上转换纳米材料用作聚合物的光催化剂

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