上转换发光材料的机理及应用
上转换发光基本知识ppt课件
上转换过程形式
优点：操作简单、流程短、能直接得到化学成分均一的粉体 材
料，可精确控制粒子的成核和长大，得到粒度可控、 分
散性较好的粉体材料 缺点：影响因素多、形成分散粒子的条件苛刻、沉淀剂容易 作
为杂质混入沉淀物、各成分分离困难、沉淀剂不溶于 水、
对多组分制备有一定的局限性等。
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分类：水溶液溶胶-凝胶法、醇盐溶液-凝胶法
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上转换过程形式
（四）共沉淀法 又称“化学沉积法”，以水溶性物质为原料，通
过液相化学反应，生成难溶物质前驱化合物从水溶液中沉 淀出来，经过洗涤、过滤、煅烧热分解而制得超细粉体发 光材料。
影响因素：溶液组成、浓度、温度、时间等。
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NaYF4是目前上转换发光效率最高的基质材料
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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
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激发态吸收过程( ESA)
1959 年 Bloembergen 等人提出的 ,其原理是 同一个离子从基态能级 通过连续的多光子吸收 到达能量较高的激发态 能级的一个过程。
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能量转移 ( ET)
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1979 年Chivian等研 究Pr 3 + 离子在 LaCl 晶体中的上转换发光 时首次提出。 “光 子雪崩”是 ESA 和 ET 相结合的过程
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上转换发光分类
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上转换材料的合成
上转换合成的方法： 1.高温固相法合成法 2.水热合成法 3.溶胶-凝胶法 4.共沉淀法
上转换发光机理及其应用
Up Conversion Photoluminescence Mechanism and Its Applications
稀土上转换发光纳米材料的制备及其在生物医学成像中的应用
稀土上转换发光纳米材料的制备及其在生物医学成像中的应用一、本文概述随着科技的快速发展，稀土上转换发光纳米材料（Upconversion Luminescent Nanomaterials, UCNMs）因其在生物医学成像领域的独特优势，日益受到研究者们的关注。
本文旨在深入探讨稀土上转换发光纳米材料的制备方法，并系统阐述其在生物医学成像中的应用。
我们将从材料合成的角度出发，详细介绍不同制备方法的优缺点，以及如何通过优化制备过程来提高纳米材料的性能。
我们还将重点分析稀土上转换发光纳米材料在生物医学成像中的实际应用，包括其在细胞标记、活体成像以及疾病诊断等方面的最新研究进展。
通过本文的阐述，我们期望能够为读者提供一个全面、深入的视角，以理解稀土上转换发光纳米材料在生物医学成像领域的发展现状和未来趋势。
二、稀土上转换发光纳米材料的制备稀土上转换发光纳米材料，作为一种独特的纳米发光材料，其独特的发光性质使其在生物医学成像领域具有广阔的应用前景。
制备这种纳米材料的关键在于精确控制其组成、形貌和尺寸，以实现高效的上转换发光性能。
一般来说，稀土上转换发光纳米材料的制备主要包括以下几个步骤：选择合适的稀土离子作为发光中心，如Er³⁺、Tm³⁺、Ho³⁺等，这些离子具有丰富的能级结构和独特的发光特性。
选择合适的基质材料，如NaYF₄、NaLuF₄等，这些基质材料具有良好的化学稳定性和较高的声子能量，有利于实现高效的上转换发光。
在制备过程中，通常采用溶液法、热分解法、溶胶-凝胶法等化学方法来合成稀土上转换发光纳米材料。
其中，热分解法是一种常用的制备方法，它通过高温热解稀土离子的有机盐，得到高质量的纳米晶体。
为了进一步提高上转换发光性能，研究者还常常采用表面修饰、核壳结构等方法对纳米材料进行改性。
在制备过程中，还需要注意控制实验条件，如反应温度、反应时间、溶剂种类等，以实现对纳米材料形貌、尺寸和发光性能的有效调控。
上转换材料及其发光机理
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
NaOH吸收SiF4
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
4
实际的上转换过程
能量传 递机理, 离子A 将能量 传递给 离子B, 从而能 够从更 高能级 发射
两步 吸收 机理, 仅由 一个 离子 完成
协同敏 化机理, 两个A离 子将能 量传递 给C离子, 由C的激 发产生 发射
协同发光 机理,将两 个A离子 的激发能 量结合,形 成一个产 生发射的 光量子
上转换材料及其发光机理
主要内容
1
上转换机理
2
上转换材料
3
实例分析
2
一、上转换机理
上转换材料 是一种红外光激发下能发出可见光的发光材
上转换发光材料
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
发展 历程
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Er3+：CaF2晶体中上转换发光 效率高达25%
• 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
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。
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。
上转换发光材料的应用（一）
• 基ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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。
上转换发光材料的机理及应用
上转换发光材料的机理及应用崔庚彦;丁楠【摘要】On the upconversion material with its unique properties by people more and more attention, it is able to absorb more wave which it has long and low energy, after photon adduct has high-energy shortwave radiation material.The upconversion still belong to the category of photoluminescence from luminous.It is becoming more and more widely used, such as in food detection、biological imaging、immunoassay、cancer treatment、etc.have made a lot of application and development.The essay main about the upconversion mechanism and different preparation methods、application in actual.%上转换发光材料是指能够吸收多个低能量的长波辐射,经过光子加和之后发出高能量短波辐射的一类材料,这种独特的转换性质使其受到了人们越来越多的关注.上转换发光现象属于光致发光,随着研究的深入,它的应用也越来越广泛,如在食品检测、生物成像、免疫分析、癌症治疗等方面有了广泛的应用和发展.主要对上转换材料的转换机理、制备方法以及在实际中的应用进行综合分析.【期刊名称】《技术与市场》【年(卷),期】2017(024)005【总页数】4页(P50-53)【关键词】上转换;光致发光;稀土掺杂【作者】崔庚彦;丁楠【作者单位】河南工业职业技术学院, 河南南阳 473000;河南工业职业技术学院,河南南阳 473000【正文语种】中文当今世界科技的发展日新月异，人类社会的发展一刻也离不开能源、信息和材料。
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是一种新型的发光材料，相比传统的下转换发光材料具有更高的照明效率和更广泛的应用范围。
本文将对上转换发光材料的原理、性能以及应用进行详细介绍。
上转换发光材料是通过将两个或多个低能量的光子转换成一个高能量的光子来实现发光的。
这种发光机制与传统的下转换发光材料不同，传统的下转换发光材料通过吸收高能量的光子后发出低能量的光子，而上转换发光材料则相反。
上转换发光材料可以将低能量的光直接转化为高能量的光，因此具有更高的发光效率。
上转换发光材料的原理主要包括以下几个方面：首先，需要有一个能够吸收低能量光子的发光体；其次，需要有一个能将吸收得到的能量转换为高能量光子的上转换剂。
当发光体吸收到低能量的光子后，会将能量传递给上转换剂，上转换剂再通过各种能量传递过程将能量聚集到一个特定的能级上，最后发出高能量的光子。
上转换发光材料的发光效率主要取决于上转换剂的吸收能力和能量传递效率。
上转换发光材料具有许多优点。
首先，上转换发光材料可以实现更高的发光效率。
由于上转换发光材料能够将低能量的光直接转换为高能量的光，因此可以提高发光效率，减少能源的消耗。
其次，上转换发光材料具有更广泛的应用范围。
传统的下转换发光材料主要用于照明和显示领域，而上转换发光材料还可以在光通信、生物医学和太阳能等领域得到应用。
上转换发光材料的应用前景十分广阔。
其中，光通信是上转换发光材料的一个重要应用领域。
由于上转换发光材料具有更高的发光效率和更低的损耗，因此可以有效提高光通信系统的传输速率和传输距离。
另外，上转换发光材料还可以应用于生物医学领域。
由于上转换发光材料具有更高的发射频率和更低的自发辐射强度，因此可以用于生物标记、光动力疗法和生物成像等应用。
此外，上转换发光材料还可以应用于太阳能领域。
太阳能电池是目前比较常见的太阳能转换设备，而使用上转换发光材料可以提高太阳能电池的光吸收效率和转换效率，从而提高太阳能发电效率。
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
上转换发光材料通常由激发态离子和基态离子组成。
当激发态离子吸收高能光
子后，它会跃迁到一个更高的能级，然后再通过非辐射跃迁回到基态，释放出低能量的光子。
这个过程中，能量的损失会导致发射出的光子的波长变长，从而完成了上转换发光的过程。
上转换发光材料有着许多优点。
首先，它可以实现高效的发光，能够将电能转
化为光能，从而提高能源利用率。
其次，上转换发光材料可以实现多色光发射，通过控制材料的成分和结构，可以实现不同波长的发光，满足不同应用的需求。
此外，上转换发光材料还具有较长的寿命和稳定的性能，能够在恶劣的环境下工作。
在实际应用中，上转换发光材料被广泛应用于LED照明和显示屏领域。
LED
照明具有节能、环保、寿命长等优点，而上转换发光材料可以实现LED的多色发光，从而满足不同场合对光的需求。
在显示屏领域，上转换发光材料可以实现高亮度、高对比度的显示效果，提高了显示屏的质量和观赏性。
此外，上转换发光材料还在生物成像、激光器、光通信等领域有着重要的应用。
在生物成像领域，上转换发光材料可以实现多色荧光标记，用于细胞和组织的成像和检测。
在激光器领域，上转换发光材料可以实现激光器的多波长输出，满足不同应用对激光波长的需求。
在光通信领域，上转换发光材料可以实现高效的光源和探测器，提高了光通信系统的传输速率和稳定性。
总的来说，上转换发光材料在现代科技领域有着非常广泛的应用前景，它不仅
可以实现高效的发光，还可以实现多色发光，具有较长的寿命和稳定的性能。
随着科技的不断发展，相信上转换发光材料会有更多的应用场景和发展空间。
上转换发光应用介绍
• 三维立体显示 上转换技术属静态体成像三维显示，最早由 Stanford 大学和IBM 公司1994 年在Pr3+激活的氟 化物玻璃中共同研究成功，1996年Stanford 大学 研制成功第一台三维立体显示仪。这种显示方法 肉眼就可以看到360°全方位可视的三维立体图 像，可以显示经计算机处理的高速运动立体图像。 目前还在研究阶段，在上转换材料选择制备，泵 浦方案优化，扫描系统选择等方面做工作。
上转换发光的应用
• 上转换技术起源于红外夜视技术，在固态 激光器件、立体三维显示、红外量子计数 器、波导、荧光探针成像、防伪、温度传 感器等领域有巨大应用潜力。 • 上转换激光器 • 三维立体显示 • 防伪技术 • 生物荧光标记
• 上转换激光器 与半导体激光器比上转换激光器具有转换效率高， 激光阈值低，性能可靠。上转换激光器和光纤是 这类材料研究热点。最早的激光输出是1971 年在 Yb3+/Ho3+和Yb3+/Er3+共掺的BaY2F8 晶体中于77K 低温下的绿光和红光。现在光纤激光器绝大多数 可以在室温下输出，以氟化物光纤为主。德国的 Linos 公司于2003 年推出了第一台商业蓝光氟化 物光纤上转换激光器，其后多家公司如德国 Lumics 公司及美国National laser 公司相继推出 了蓝绿光上转换激光器。
上转换的优势
• 上转换发光具有如下优点： 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。
上转换发光的影响因素
• 时间：上转换过程的中间态能级有足够长 的寿命，以保证激发态离子有足够的时间 来参与上转换的发光或是其他的光物理过 程。 • 多声子无辐射跃迁：低的多声子无辐射跃 迁几率除了能够保证长的激发态寿命外， 还可以保证上转换过程中的辐射跃迁不被 碎灭。
上转换发光材料范文
上转换发光材料范文发光材料是一类具有发光性能的材料，广泛应用于照明、显示、传感等领域。
上转换发光材料是指通过吸收高能量的光子，然后发射出低能量的光子，实现能量的转换。
本文将从上转换材料的基本原理、发展历程，以及在照明、显示等领域的应用进行详细介绍。
上转换发光材料的基本原理是基于激发技术，通过上转换过程将吸收的高能量光子转换成低能量光子的发射，并且该过程是通过非线性光学效应实现的。
具体而言，上转换发光材料一般包含两个主要组分：吸收物和发射物。
吸收物可以吸收高能量的光子，并且通过与发射物之间的能量转移，将高能量的光子转换成低能量的光子。
而发射物则可以在吸收物的激发下，发射出相应的低能量光子。
早期的上转换发光材料主要是稀土元素化合物，如氧化物、硫化物等。
这些材料在经历激光束照射后，可以发射出光子，实现能量的转换。
然而，这些材料存在一些缺点，如低光转换效率、复杂的合成过程等，限制了其在实际应用中的推广。
因此，研究人员开始寻找新型的上转换发光材料。
近年来，基于半导体材料的上转换发光材料逐渐受到研究人员的关注。
这些材料具有较高的量子效率和较简单的制备方法，可以通过控制材料的组分、结构等来调控其上转换发光的性能。
例如，钙钛矿材料是一类具有良好上转换性能的半导体材料，其可利用偶极矩耦合效应和量子限制效应来实现能量的转换。
此外，量子点材料也是一类常用的上转换发光材料，通过调节量子点的大小和组分，可以实现对发光波长的精确控制。
在照明领域，上转换发光材料有望替代传统的荧光粉材料，实现更高效的照明效果。
传统的荧光粉材料主要是利用吸收紫外光，然后发射可见光的特性，存在一定的能量损耗。
而上转换发光材料可以通过调节吸收和发射波长之间的能量差，实现更高效的能量转换，从而提高光转换效率。
另外，上转换发光材料还可以实现发光波长的精确调控，通过调整材料的组分和结构，可以实现各种色温的照明效果。
在显示领域，上转换发光材料可以应用于量子点显示技术。
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。
上转换发光材料研究进展与应用
上转换发光材料研究进展与应用近年来，上转换发光材料作为一种新型发光材料，在光学领域展现出了巨大的潜力。
其独特的能量转换机制使其在光电子学、显示技术和生物荧光成像等领域得到了广泛的应用和研究。
本文将介绍上转换发光材料的研究进展以及其在各个领域中的应用。
上转换发光材料是一种在外界激发下能将低能量光转换为高能量光的材料。
这种能量转换机制是通过将两个或多个低能量光子吸收而形成的。
在激发过程中，一个或多个电子从基态跃迁到激发态，然后释放出一个高能量光子来进行光致发光。
因此，相比于传统的发光材料，上转换发光材料具有更高的效率和更宽的发光波段范围。
上转换发光材料的研究进展得益于近年来对材料设计和合成技术的持续发展。
例如，通过改变晶体结构和化学组成，可以调控发光材料的能带结构和能量转换过程。
此外，利用纳米材料和量子点等新型结构也使得上转换发光材料的效率和发光特性得到了显著提升。
在激光技术方面，上转换发光材料是一种潜在的替代品。
由于其能够将多个低能量激光束转换为高能量激光束，上转换发光材料被广泛应用于频率倍频、调频和调制激光等领域。
此外，上转换发光材料还可用于制备光学放大器、光学透镜、摄像头和激光指示器等。
在显示技术方面，上转换发光材料可以用于提高显示器的颜色饱和度和亮度。
通过将上转换发光材料掺杂到液晶显示器或有机发光二极管中，可以实现更宽的发光波长范围和更高的发光效率。
此外，上转换发光材料还可以用于柔性显示器的制备，提供更大的设计灵活性和机械稳定性。
在生物荧光成像方面，上转换发光材料也正在发挥着重要作用。
由于其较长的发光寿命和较小的自发发光背景，上转换发光材料可以提高荧光成像的分辨率和对比度。
这使得其在生物领域的细胞成像、分子探测和医学诊断等方面具有广阔的应用前景。
总之，上转换发光材料作为一种新型的发光材料，具有高效率、宽波段和独特的光致发光特性。
在激光技术、显示技术和生物荧光成像等领域，上转换发光材料正在得到广泛的研究和应用。
上转换发光的原理和应用
上转换发光的原理和应用1. 上转换发光的概念上转换发光是一种光学现象，指的是在某些材料或器件中，输入的能量会被吸收后转换成更高能量的光发射出来。
通过这种方式，可以实现光的能量增强和颜色变化，从而在各种领域中得到广泛应用。
2. 上转换发光的原理上转换发光的原理主要涉及到光的吸收、激发和发射过程。
2.1 吸收过程当光通过材料或器件时，会被其中的某些分子或离子吸收。
光的能量会被吸收后，分子或离子的能级会发生跃迁，进入到更高的能级。
2.2 激发过程被吸收的光能激发了分子或离子的电子，使其从基态跃迁到激发态。
在激发态中，电子处于相对不稳定的状态，并且会迅速回到稳定的基态。
2.3 发射过程当电子从激发态回到基态时，会释放出能量。
这个过程可以通过发射光子的方式来实现，而这些发射出的光子具有更高的能量和频率。
3. 上转换发光的应用上转换发光技术在很多领域中都有重要的应用，下面列举了其中一些主要的应用：3.1 激光技术上转换发光技术可以用于激光器的增益介质。
通过吸收低能量的光并上转换为高能量的光，在光谱范围内增强光的强度和颜色。
3.2 LED照明上转换发光材料被应用于LED照明领域，可以提高LED的发光效率和色彩表现。
通过上转换发光材料的辐射转换过程，可以将LED发出的部分低能量光转换为高能量光，提高光的亮度和色温。
3.3 生物荧光标记上转换发光的材料可以用于生物荧光标记。
在生物分子中引入上转换发光材料，可以实现对生物过程的观测和研究。
3.4 太阳能电池上转换发光材料在太阳能电池中的应用也引起了广泛关注。
通过将太阳能光谱中的低能量光上转换为高能量光，可以提高太阳能电池的能量转换效率。
3.5 其他应用除了以上列举的应用，上转换发光技术还在荧光显示、生物医学成像、通信技术等领域有着重要的应用。
随着研究的深入，上转换发光技术在更多领域中的应用前景将会得到拓展。
4. 总结上转换发光作为一种重要的光学现象，其原理和应用在科学、工程和医学等领域中具有很大的意义。
上转换发光应用介绍
上转换发光应用介绍上转换发光（Upconversion luminescence）是一种非线性光学过程，在这个过程中，低能量的光通过激发被吸收，然后发射出高能量的光。
这种发光过程有很多应用，包括生物成像、光伏和激光。
本文将介绍上转换发光的原理、应用和未来发展方向。
生物成像是上转换发光的一个重要应用领域。
传统的荧光探针在生物成像中存在一些问题，例如自发发光、局限性和光淬火等，而上转换荧光探针则可以克服这些问题。
上转换发光的发射波长通常在可见光区域，避免了组织深度限制的问题。
同时，它具有较长的寿命和较高的荧光量子产率，可以提供更好的图像质量和对比度。
光伏是另一个重要的应用领域。
光伏器件通常只能利用来自太阳光谱的一部分光能，而上转换发光可以将太阳光谱中的低能量光转换为高能量光，在光伏器件中增加额外的能量转换。
这种效应可以提高太阳能电池的效率，并实现更高的光电转换率。
激光也是上转换发光的另一个重要应用领域。
由于上转换发光具有较窄的发射谱带和较短的寿命，因此可以用作激发激光器的光源。
通过将上转换发光材料与其它激光器结合使用，可以实现更高的激光功率和更宽的发射谱带。
此外，上转换发光还在光存储、光通信和生物传感等领域有着广泛的应用。
上转换发光可以提高光存储系统的数据写入速度和容量，并实现更高的数据读写精度。
在光通信中，上转换发光器件可以提供更高的光传输效率和更长的传输距离。
在生物传感中，上转换发光探针可以用于检测和定量生物分子、细胞和组织等。
未来，上转换发光的发展方向包括材料的优化和新型探针的开发。
目前已经有一些上转换发光材料，如掺铒、铕或钇等稀土离子的材料，但还存在一些问题，如能量传输效率不高和材料稳定性较差等。
因此，未来的研究重点应该放在开发更高效和稳定的上转换材料上。
此外，新型的上转换发光探针也是一个重要的发展方向。
这些探针可以根据特定的需求进行设计，例如在不同波长下发射或响应不同的生物分子。
总之，上转换发光是一种非线性光学过程，具有广泛的应用领域，包括生物成像、光伏和激光等。
上转换发光材料报告
上转换发光材料报告发光材料是一类特殊的材料，其能够通过吸收能量并将其转换为可见光。
这种材料具有广泛的应用领域，包括照明、显示技术、荧光探针等。
上转换发光材料是一种在能谱中吸收较短波长的光，然后辐射出较长波长的光的材料。
下面的报告将探讨上转换发光材料的原理、制备方法以及应用领域。
上转换发光材料的原理是基于荧光共振能量转移的过程。
当上转换材料吸收较短波长的光时，其能级会上升到一个高能态。
然后，这个高能态会通过与另外一个低能态的材料接触来转移能量。
转移能量的过程中，原本处于低能态的材料会上升到一个高能态，并发射出一个较长波长的光子，即上转换光。
制备上转换发光材料的方法有多种，其中最常见的是溶液法和固相法。
溶液法是将上转换材料的前体物质溶解在适当的溶液中，然后通过加热或者其他方式进行结晶，最终得到上转换发光材料。
固相法则是将上转换材料的前体物质混合在一起，并通过高温处理使其相互反应生成上转换发光材料。
此外，还有一些其他的方法，如气相沉积法、脉冲激光沉积法等。
上转换发光材料在许多领域具有广泛的应用，其中最重要的应用之一是照明领域。
传统的照明方法往往会消耗大量的能源，而上转换发光材料可以将较短波长的光转化为可见光，从而提高能源利用率。
此外，上转换发光材料还在显示技术中得到了广泛的应用。
例如，一些荧光剂被用于增强液晶显示屏的亮度和颜色饱和度。
另外，上转换发光材料还可以应用于荧光探针领域。
通过将上转换材料与特定的生物分子结合，可以实现对生物样品的高灵敏度检测。
总结起来，上转换发光材料是一类具有特殊光学性质的材料，它能够将较短波长的光转换为较长波长的光。
制备上转换发光材料的方法有多种，如溶液法和固相法。
这种材料在照明、显示技术以及荧光探针等领域有着广泛的应用前景。
随着技术的进一步发展，相信上转换发光材料在各个领域将发挥越来越重要的作用。
上转换材料及其发光机理
上转换材料及其发光机理首先，上转换材料是指能够将较低能量的光或非辐射能转化为较高能量的光的材料。
相对于下转换材料来说，上转换材料具有更高的能量转换效率和更宽的波长范围。
上转换材料在太阳能电池、LED照明、激光器等领域都具有重要的应用。
根据上转换材料的组成和结构特点，可以将其分为有机上转换材料和无机上转换材料两大类。
有机上转换材料一般是通过合成具有特殊结构和性质的有机物质来实现，如有机染料、有机共轭聚合物等。
无机上转换材料则主要包括量子点、铁电晶体和磷光材料等。
上转换材料的性能主要包括发射波长范围、量子效率、稳定性等。
发射波长范围是指上转换材料能够吸收和发射的光的波长范围，该参数对于具体应用有着重要的影响。
量子效率则是指上转换材料将吸收的光转换为发射光的效率，该参数决定了光转换的效果和效率。
稳定性是指上转换材料在长期使用过程中的性能表现，该参数对于材料的应用寿命有着重要的影响。
上转换材料的发光机理主要涉及激子的形成和能级的跃迁等过程。
在吸收光的作用下，材料中的激子会被激发并进入高能级态。
然后，在受到适当激发的条件下，激子会发生能级跃迁，从高能级态跃迁到低能级态，并发射出高能量的光子。
值得注意的是，上转换材料的发光机理并不完全符合热力学规律，因此需要通过合理设计材料的结构和能级来实现上转换效果。
例如，在一些有机上转换材料中，可以通过合成共轭聚合物、引入吸收能带和传输能带之间的插层态等方法来提高量子效率和发射波长范围。
综上所述，上转换材料作为一种能够将低能量光转换为高能量光的材料，在光电子学和光电器件中有着重要的应用。
其能够通过合成特殊的有机或无机物质，实现对光的吸收和发射过程的控制。
通过深入研究上转换材料的性质和机理，可以进一步拓展其应用领域，并提高其发光效率和稳定性。
上转换发光 荧光强度增强 综述
上转换发光（Upconversion Luminescence，UCL）是一种具有特殊光学性质的发光材料，它能够将低能量的光转换成高能量的光，从而使荧光强度增强。
近年来，上转换发光材料在生物医学成像、生化传感、光催化等领域展现出了巨大的应用潜力。
在本文中，我们将对上转换发光原理、材料与应用进行深入的综述，帮助读者全面了解这一领域的最新进展和发展趋势。
一、上转换发光原理上转换发光原理是一种非线性光学过程，它基于能级跃迁和能量转移的原理。
当上转换材料受到辐射光激发时，发生能级跃迁，从而使得低能级的光子被转换成高能级的光子。
这一过程可以通过多种机制实现，包括能级跃迁、受激辐射和多光子吸收等。
通过精心设计材料的结构和成分，可以实现不同波长的上转换发光，从可见光到近红外光甚至紫外光。
二、上转换发光材料目前已经发现的上转换发光材料种类繁多，包括稀土离子掺杂的纳米颗粒、配位聚合物、过渡金属配合物等。
这些材料在上转换发光过程中具有不同的光学特性和应用潜力。
稀土离子掺杂的纳米颗粒具有较高的上转换效率和发光稳定性，适用于生物医学成像和生化传感。
而配位聚合物和过渡金属配合物则具有较宽的光学带隙，适用于光催化和光储能等领域。
三、上转换发光应用上转换发光材料在生物医学成像、生化传感、光催化、光储能等领域具有重要的应用价值。
在生物医学成像方面，上转换发光材料可以实现多模态成像，同时具有较高的空间分辨率和深度穿透能力，有望成为下一代生物成像技术的主要发展方向。
在生化传感方面，上转换发光材料可以实现高灵敏度和高选择性的生化分析，有望应用于临床诊断和药物筛选等领域。
在光催化和光储能方面，上转换发光材料可以实现可见光响应的高效能量转换，具有巨大的环境和能源应用前景。
四、个人观点与展望从我个人的角度来看，上转换发光作为一种新型发光材料，具有广阔的应用前景和科研价值。
我认为，未来上转换发光材料将在生物医学成像、生化传感、光催化、光储能等领域发挥重要作用，并引领光学材料和光电器件的发展方向。
上转换材料及其发光机理
2、掺杂Yb3+和Tm3+的材料
通过三光子上转换过程，可以 将红外辐射转换为蓝光发射。 第一步传递之后，Tm3+的3H5 能级上的粒子数被积累，他又 迅速衰减到3F4能级。在第二 步传递过程中，Tm3+从3F4能 级跃迁到3F2能级，并又快速 衰减到3H4。紧接着，在第三 步传递中，Tm3+从3H4能几月 前到1G4能级，并最终由此产 生蓝色发射。
10-6
10-8 10-11 10-13
YF3;Yb3+,Tb3+
YbPO4 KH2PO4 CaF2;Eu2+
二、上转换材料
1、掺杂Yb3+和Er3+的材料
Yb3+(2F7/2→2F5/2)吸收近红外辐射， 并将其传递给Er3+，因为Er3+的 4I 4 11/2能级上的离子被积累，在 I11/2 能级的寿命为内，又一个光子被 Yb3+吸收，并将其能量传递给Er3+， 使Er3+离子从4I11/2能级跃迁到4F7/2 能级。快速衰减，无辐射跃迁到 4S ，然后由4S 能级产生绿色发 3/2 3/2 射（ 4S3/2 → 4I15/2 ），实现以近红 外光激发得到绿色发射。
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。
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在 光 纤 上 运 用 上 转 换 激 光 的研 究 取 得 了 巨 大 的进 展 ，在 共 掺 杂 中实 现 了 室 温 下 上转 换 连 续 激 光 输 出 。 近五 年来 ，人 们 合 成 了尺 寸 较 小 、形 貌 可 控 的上 转 换 纳 米 材 料 ，初 步 研 究 了它 们 在 生 物 方 面 的 应 用 。 目前 上 转 换 材 料 的 研 究 重 点 转 向 寻 找 新 的发 光 中 心 和 敏 化 中 心 的 组 合 ，深 入 研 究 上 转 换 发 光 机 理 ，提 高其发光效率 。 。随 着上转换 材 料的研 究越 来越 深入 ．我 国 在 最 近 的研 究 中也 取 得 了很 大 的 进 展 ，如 采 用 氨 水 作 为 沉 淀 剂 合成了性 能 良好 的 Ｅｒ” ：Ｙ Ｏ，上转换 纳米 发光 粉 ，采用共 沉 淀 法 制 得 了 纳 米级 的共 掺 杂 的 ＮａＹＦ 上 转 换 荧 光 材 料 ，在 红 外 激 光 照射 下 可看 到 明 亮 的 荧 光 等 。 １ 上 转 换 材 料 发 光 原 理
上转换发光材料的研 究始于 ２０世 纪 ５Ｏ年代初 ，并 在红外 探 测 器上 有 了初 步应 用 ” 。２０世 纪 ６０年 代 中期 ，Ａｕｚｅｌ／Ｏｖｅｙ— ａｎｋｉｎ和 Ｆｅｏｔｉｌｏｖｚａｉ＿４ 提 出 了 上 转 换 这 一 概 念 ，随 后 Ａｕｚｅｌ等 详细研究了稀 土离 子掺杂材料 由激发态吸收 、能量传递 以及合 作 敏 化 引 起 的 上 转 换 发 光 。 １９７９年 ，Ｊ．Ｓ．Ｃｈｉｖｉａｎ等 又 在 基 于 Ｐｒ“离 子 的红 外 量 子 计 数 器 中 发 现 了雪 崩 上 转 换 现 象。 ｌ９８６年 ，Ｊｏｈｎｓｏｎ 用 ＢａＹ２Ｆ８：Ｙｂ／Ｈｏ和 ＢａＹ２Ｆ８：Ｙｂ／Ｅｒ在 ７７ｋ 下用 闪 光 灯 泵 ，首 次 实 现 了绿 色 的 上 转 换 激 光 。 １９９０年 以 来 ，
技 术研发
ＴＥＣＨＮｏＬ０ＧＹ ＡＮＤ Ｍ＿ＡＲＫＥＴ
Ｖｔ，ｌ ２４．Ｎｏ．５ ．２０ｌ７
上 转 换 发 光 材 料 的 机 理 及 应 用
崔庚彦 ，丁 楠
（河南 工业职 业技 术 学院 ，河 南 南 阳 ４７３０００）
摘 要 ：上 转 换 发 光 材料 是 指 能够 吸 收 多个 低 能 量 的 长 波 辐 射 ，经 过 光 子 加 和 之 后 发 出 高 能 量 短 波 辐 射 的 一 类 材 料 ，这 种独特 的转换性质使其受到 了人们越来越 多的关注。上转换发光现 象属 于光致 发光，随着研究的深入 ，它 的应 用也 越 来 越 广泛，如在食品检 测、生物成像、免疫分析 、癌 症治疗 等方 面有 了广泛 的应用和发展 。主要对上转 换材料 的转换机理 、 制 备 方 法 以及 在 实际 中的 应 用进 行 综合 分析 。 关 键 词 ：上 转换 ；光 致 发 光 ；稀 土掺 杂
Ｔｈｅ ｍ ｅｃｈａｎｉｓｍ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｕｐｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｌｕｍ ｉｎｅｓｃｅｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ｍ ａｔｅｒｉａｌ
ＣＵＩ Ｇｅｎｇｙａｎ，ＤＩＮＧ Ｎａｎ
（Ｈｅｎａｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｎａｎｙａｎｇ ４７３０００，Ｃｈｉｎａ）
０ 引言 当今 世 界 科 技 的 发 展 日新 月 异 ，人 类 社 会 的发 展 一 刻 也 离
不开能源 、信息和材料。无论经 济还是社 会 的发展 ，如今 已经 进入 的信息时代对能源 和信息技术 的需求 都呈现 越来越 快的 上 升 趋 势 。与 此 同 时 ，对 能 源 和 信 息 的 载 体 — — 材 料 ，便 有 了 更 高的要求 。材料学科是现在 高新技 术 中极 具生命 的学科 之一 ，它的发展促进 了人类的文明和社会的进步… 。微 电子技 术的发展带来了世界蓬勃发展的几十年 ，随着传统微 电子技术 的发 展 逐 渐 接 近 半 导 体 材 料 的 物 理极 限 ，光 电技 术 已 经 被 公 认 且部分应用于下一代更高速 的信息技术 和更 高效节 能的 能源 技术中。发光材料家族中的上转换发光材料 ，可 以将低频 率激 发光转换成高频率发射 光 ，即吸收多个低能 光子使其 到达高的 激发态并最终发 射 出一个 高能光 子 的现 象 ，也称 为 多光子 发 光 。这种现象叫做反斯托克斯发光 ，由于其独特的光学性 能， 使 其 在光 电子 、激 光技 术 、红 外 探测 、光 信 息存 储 、生 物 医 学 等 各 方面有着 巨大的应用前景，成为材料学及相关领域 的研究热点 。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｏｎ ｔｈｅ ｕｐｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｍａｔｅｒｉａｌ ｗｉｔｈ ｉｔｓ ｕｎｉｑｕｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｂｙ ｐｅｏｐｌｅ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ， ｉｔ ｉｓ ａｂｌｅ ｔｏ ａｂｓｏｒｂ ｍｏｒｅ ｗａｖｅ ｗｈｉｃｈ ｉｔ ｈａｓ ｌｏｎｇ ａｎｄ ｌｏｗ ｅｎｅｒｇｙ，ａｆｔｅｒ ｐｈｏｔｏｎ ａｄｄｕｃｔ ｈａｓ ｈｉｇｈ — ｅｎｅｒｇｙ ｓｈｏｒｔｗａｖｅ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｍａｔｅｒｉａ１．Ｔｈｅ ｕｐｅｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｓｔｉｌｌ ｂｅｌｏｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｃａｔｅｇｏｒｙ ｏｆ ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｅｅｎｃｅ ｆｒｏｍ ｌｕｍｉｎｏｕｓ．Ｉｔ ｉｓ ｂｅｅｏｎｆ ｉｎｇ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ，ｓｕｃｈ ａｓ ｉｎ ｆｏｏｄ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ、 ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｉｍａｇｉｎｇ、ｉｍｍｕｎｏａｓｓａｙ、ｃａｎｃｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ、ｅｔｃ． ｈａｖｅ ｍａｄｅ ａ ｌｏｔ ｏｆ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．Ｔｈｅ ｅｓｓａｙ ｍａｉｎ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ｕｐｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｎｄ ｄｉｆ ｉｅｒｅｎｔ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ、ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ａｃｔｕａ１． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｕｐｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ； ｐｈ０ｔｏｌｕｍ ｊｎｅｓｃｅｎｃｅ；ｒａｒｅ ｅａｒｔｈ ｄｏｐｉｎｇ ｄｏｉ：ｌ０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６—８５５４．２０１７．０５．０２２