上转换发光基本知识资料讲解
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上转换发光机理及其应用
Up Conversion Photoluminescence Mechanism and Its Applications
姓名：
背景
1959年，Bloemberge在Physical Review Letter上发表文章提出，用960nm的红外 光激发多晶ZnS，观察到了525nm绿色发 光。
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
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
NaYF4上转换荧光材料。 c、以分子束外延法，在CaF2的基片上形成掺有Er3+的
LaF3薄膜。
上转换发光分类
上转换材料的合成
上转换合成的方法： 1.高温百度文库相法合成法 2.水热合成法 3.溶胶-凝胶法 4.共沉淀法
上转换材料的合成
（一）高温固相法合成法
利用所需氧化物高纯粉料,按化学计量比配料 混合均匀, 经高温煅烧后形成具有一定粒度的上转 换发光粉料[16]。是目前合成上转换材料的主要方 法之一。
影响因素：温度、压力、反应时间、添加剂
上转换材料的合成
优点：微晶的晶体质量优良，表面缺陷少，发光效率高，操 作简便，工艺成熟，便于进行工业化。
缺点：需要较高的温度，材料容易被氧化，合成的粉体烧 结
性能不理想。 应用：合成众多的上转换发光材料，如：碲酸盐玻璃、 ZBLAN
玻璃、铋酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、氧氯铋锗酸盐玻 璃等
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。
上转换过程形式
应用： a、以氨水为沉淀剂，制备出性能良好的Er3+：Y2O3上转
换发光纳米粉。 b、以EDTA为螯合剂，合成纳米级Ho3+、Yb3+共掺杂的
上转换材料的合成
（三）溶胶-凝胶法 用含高化学活性组分的化合物前驱体, 在液相下
将这些原料均匀混合, 并进行水解、缩合反应, 在溶液中 形成稳定的透明溶胶体系。溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合, 形成三维网络结构的凝胶, 凝胶经干燥、烧结得到所需产 品[17]。是一种湿化学合成法。
分类：水溶液溶胶-凝胶法、醇盐溶液-凝胶法
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。
能量转移 ( ET)
光子雪崩过程( PA)
1979 年Chivian等研 究Pr 3 + 离子在 LaCl 3 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
上转换材料的合成
（二）水热合成法
在水热条件下，反应物以各种配合物的形式进 行溶解。
优点：所需温度低、生成过程容易控制、合成材料晶相 好，物相均匀，产率高。
应用：合成了多种上转换材料：NaYF4：Ho3+、Tm3+、 Yb3+，YLiF4：Er3+、Tm3+、Yb3+，KZnF3:Er3+、Yb3+等
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。
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
1966年，Auzel在研究钨酸镱钠玻璃时， 发现当基质材料中掺入Yb3+离子时，在 红外光激发下Er3+、Ho3+和Tm3+离子的可 见发光提高了两个数量级，由此正式提 出了“上转换发光”的观点。
上转换发光的概念
上转换发光又称为反-斯托克斯发光（AntiStokes），斯托克斯定律认为材料只能受到 高能量波长短的光激发，发出低能量长波 长的光。而上转换发光认为长波长光激发 下，可持续发射波长比激发波长短的光。
Up Conversion Photoluminescence Mechanism and Its Applications
姓名：
背景
1959年，Bloemberge在Physical Review Letter上发表文章提出，用960nm的红外 光激发多晶ZnS，观察到了525nm绿色发 光。
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
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
NaYF4上转换荧光材料。 c、以分子束外延法，在CaF2的基片上形成掺有Er3+的
LaF3薄膜。
上转换发光分类
上转换材料的合成
上转换合成的方法： 1.高温百度文库相法合成法 2.水热合成法 3.溶胶-凝胶法 4.共沉淀法
上转换材料的合成
（一）高温固相法合成法
利用所需氧化物高纯粉料,按化学计量比配料 混合均匀, 经高温煅烧后形成具有一定粒度的上转 换发光粉料[16]。是目前合成上转换材料的主要方 法之一。
影响因素：温度、压力、反应时间、添加剂
上转换材料的合成
优点：微晶的晶体质量优良，表面缺陷少，发光效率高，操 作简便，工艺成熟，便于进行工业化。
缺点：需要较高的温度，材料容易被氧化，合成的粉体烧 结
性能不理想。 应用：合成众多的上转换发光材料，如：碲酸盐玻璃、 ZBLAN
玻璃、铋酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、氧氯铋锗酸盐玻 璃等
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。
上转换过程形式
应用： a、以氨水为沉淀剂，制备出性能良好的Er3+：Y2O3上转
换发光纳米粉。 b、以EDTA为螯合剂，合成纳米级Ho3+、Yb3+共掺杂的
上转换材料的合成
（三）溶胶-凝胶法 用含高化学活性组分的化合物前驱体, 在液相下
将这些原料均匀混合, 并进行水解、缩合反应, 在溶液中 形成稳定的透明溶胶体系。溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合, 形成三维网络结构的凝胶, 凝胶经干燥、烧结得到所需产 品[17]。是一种湿化学合成法。
分类：水溶液溶胶-凝胶法、醇盐溶液-凝胶法
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。
能量转移 ( ET)
光子雪崩过程( PA)
1979 年Chivian等研 究Pr 3 + 离子在 LaCl 3 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
上转换材料的合成
（二）水热合成法
在水热条件下，反应物以各种配合物的形式进 行溶解。
优点：所需温度低、生成过程容易控制、合成材料晶相 好，物相均匀，产率高。
应用：合成了多种上转换材料：NaYF4：Ho3+、Tm3+、 Yb3+，YLiF4：Er3+、Tm3+、Yb3+，KZnF3:Er3+、Yb3+等
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。
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
1966年，Auzel在研究钨酸镱钠玻璃时， 发现当基质材料中掺入Yb3+离子时，在 红外光激发下Er3+、Ho3+和Tm3+离子的可 见发光提高了两个数量级，由此正式提 出了“上转换发光”的观点。
上转换发光的概念
上转换发光又称为反-斯托克斯发光（AntiStokes），斯托克斯定律认为材料只能受到 高能量波长短的光激发，发出低能量长波 长的光。而上转换发光认为长波长光激发 下，可持续发射波长比激发波长短的光。