稀土掺杂的光谱转换材料及其应用.pdf

中国科学: 物理学 力学 天文学 2012 年 第42 卷 第11 期: 1112– 1123 SCIENTIA SINICA Physica, Mechanica Astronomica SCIENCE CHINA PRESS 中国科学技术大学物理学院专刊 评述 · 稀土掺杂的光谱转换材料及其应用 韦先涛, 姜桂铖, 邓楷模, 陈永虎, 段昌奎, 尹民* 中国科学技术大学物理系, 激发态物理与固体发光实验室, 合肥 230026 *联系人, E-mail: yinmin@ 收稿日期: 2012-09-12; 接受日期: 2012-10-12; 网络出版日期: 2012-10-26 国家自然科学基金(批准号:和中央高校基本科研业务费专项资金(批准号: 2340000034)资助项目 摘要 以LED 红色荧光粉材料、近红外下转换材料和上转换生物荧光标记材料为主线, 结合我们实验 室近期具体的相关研究工作, 对稀土掺杂的光谱转换材料及其潜在的应用前景进行了简要介绍. 在 LED 红色荧光粉材料方面, 以Eu3+掺杂的红色荧光材料为对象, 研究通过基质或掺杂敏化剂到 Eu3+ 的能量传 递来提高材料在近紫外波段的激发效率, 并且在Y2MoO6 材料中通过基质的电荷迁移带到Eu3+ 的能量传 递在395 nm 的近紫外激发条件下获得了2.3 倍于商用LED 荧光粉(Y O S:Eu3+) 的发光强度. 在近红外下 2 2 转换材料方面, 分别研究了通过从其他稀土离子到 Yb3+ 的逐次能量传递和从基质到 Yb3+ 的合作能量传 递实现近红外下转换, 主要介绍了两种典型材料中的能量传递机理, 氟化物中Ho3+到Yb3+ 的逐次能量传 递和YVO4 中VO43–到Yb3+ 的合作能量传递. 在上转换生物荧光标记材料方面, 利用以油酸/ 十八烯为溶 3+ 3+ 3+ 剂的湿化学法合成了单分散、粒径在20 nm 左右、具有核/ 壳结构和水溶性的球形NaYF4 :Yb , Er (Tm ) 纳米粒子, 并对其在不同环境中的稳定性和在细胞中的荧光成像性质做了研究, 在此基础上还对下一步 可能的深化研究进行了探讨. 不断拓展的研究方向和层出不穷的研究结果表明稀土掺杂的光谱转换材料 是新型功能材料的重要研究领域, 目前和将来在生物和化学传感、节能环保和新能源等领域有着重要的 应用或应用前景, 需要深入研究. 关键词 光谱转换材料, 稀土发光, 上转换, LED 荧光粉 PACS: 78.55.-m, 78.55.Hx doi: 10.1360/132012-783 1 引言 配位环境中会进一步发生劈裂形成精细分裂能级(即 晶体场能级), 但其能级位置变化及能级与晶格振动 光谱转换材料中的稀土发光离子具有未填满的 4f 电子壳层. 发光过程通常涉及到 4fn(n=1–13) 电子 的耦合均很小, 各稀土离子的发光和吸收峰位置特 组态在库仑及旋轨耦合作用下分裂形成的一系列准 征非常明确; 另一方面, 稀土离子 4fn 电子组态的能 自由离子能级( 即多重态). 一方面, 这些能级在不同 级之间的跃迁主要是晶体环境偏离中心反演对称性 引用格式: 韦先涛, 姜桂