1、上轉換發(fā)光材料第1頁，共29頁，2022年，5月20日，0點37分，星期日概念、分類發(fā)展歷程機理應用發(fā)展趨勢主要內容第2頁，共29頁，2022年，5月20日，0點37分，星期日什么是上轉換發(fā)光材料？上轉換發(fā)光，即：反-斯托克斯發(fā)光（Anti-Stokes），由斯托克斯定律而來。斯托克斯定律認為材料只能受到高能量的光激發(fā)，發(fā)出低能量的光，換句話說，就是波長短的頻率高的激發(fā)出波長長的頻率低的光。比如紫外線激發(fā)發(fā)出可見光，或者藍光激發(fā)出黃色光，或者可見光激發(fā)出紅外線。但是后來人們發(fā)現(xiàn)，其實有些材料可以實現(xiàn)與上述定律正好相反的發(fā)光效果，于是我們稱其為反斯托克斯發(fā)光，又稱上轉換發(fā)光。第3頁，共29頁，2

2、022年，5月20日，0點37分，星期日分類根據(jù)摻雜離子分類可將上轉換材料可分為單摻和雙摻兩種單摻材料利用稀土離子f-f禁戒躍遷，效率不高。雙摻稀土離子則是以高濃度摻入一個敏化離子，其激發(fā)態(tài)高于激活離子激發(fā)亞穩(wěn)態(tài)，因此可將吸收的紅外光子能量傳遞給這些激活離子，發(fā)生雙光子或多光子加和，從而實現(xiàn)上轉換過程。第4頁，共29頁，2022年，5月20日，0點37分，星期日分類根據(jù)基質材料可分為5類，包括氟化物、氧化物、氟氧化物、鹵化物和含硫化合物。其中就上轉換發(fā)光效率而言，一般認為氯化物氟化物氧化物，這是單純從材料的聲子能量方面來考慮的，這個順序恰與材料的結構穩(wěn)定性順序相反。NaYF4是目前上轉換發(fā)光效

3、率最高的基質材料 第5頁，共29頁，2022年，5月20日，0點37分，星期日發(fā)展歷程發(fā)展歷程1959年，Bloeberge用960nm的紅外光激發(fā)多晶ZnS ，觀察到 525nm的綠色發(fā)光。1962年，此種現(xiàn)象又在硒化物中得到了進一步的證實。1966年， 法國科學家Auzel在研究鎢酸鐿鈉玻璃時，意外發(fā)現(xiàn)，當基質材料中摻入Yb3+ 離子時，Er 3+、 Ho3+和 Tm3+離子在紅外光激發(fā)時，可見發(fā)光幾乎提高了兩個數(shù)量級，由此正式提出了“上轉換發(fā)光”的概念1968年，制出第一個有實用價值的上轉換材料LaF3，一時間Yb,Er 成為研究熱點；20世紀 90年代初： 在低溫下(液氮溫度)在摻Er

4、3+：CaF2晶體中上轉換發(fā)光效率高達25%近年來，納米材料的小尺寸效應、高比表面效應、量子效應等優(yōu)點使納米材料成為稀土離子上轉換發(fā)光領域中一個新的研究熱點，尤其是鑭系摻雜發(fā)光材料的研究最多 。第6頁，共29頁，2022年，5月20日，0點37分，星期日可以把上轉換過程歸結為三種形式：激發(fā)態(tài)吸收、能量傳遞及光子雪崩機理第7頁，共29頁，2022年，5月20日，0點37分，星期日發(fā)光機理一.激發(fā)態(tài)吸收第8頁，共29頁，2022年，5月20日，0點37分，星期日二.能量傳遞發(fā)光機理第9頁，共29頁，2022年，5月20日，0點37分，星期日三.光子雪崩發(fā)光機理第10頁，共29頁，2022年，5月2

5、0日，0點37分，星期日上轉換發(fā)光效率影響因素基質特性稀土離子濃度發(fā)光中心的能級結構溫度環(huán)境第11頁，共29頁，2022年，5月20日，0點37分，星期日上轉換發(fā)光的優(yōu)點 可以有效降低光致電離作用引起基質材料的衰退； 不需要嚴格的相位匹配，對激發(fā)波長的穩(wěn)定性要求不高； 輸出波長具有一定的可調諧性。第12頁，共29頁，2022年，5月20日，0點37分，星期日上轉換發(fā)光材料的應用稀土上轉換材料在功能材料方面呈現(xiàn)了強勁的發(fā)展趨勢。應用領域包括： 照明 建筑裝飾 工藝美術 農業(yè) 軍事 生物 醫(yī)學第13頁，共29頁，2022年，5月20日，0點37分，星期日上轉換發(fā)光材料的應用主要應用為： 電光源照明

6、 大屏幕顯示器材料 夜明材料 電視顯色材料 X射線熒光粉與閃爍體等第14頁，共29頁，2022年，5月20日，0點37分，星期日上轉換發(fā)光材料的應用 生物成像防偽技術紅外探測顯示技術第15頁，共29頁，2022年，5月20日，0點37分，星期日上轉換發(fā)光材料的應用（一）激光掃描上轉換發(fā)光顯微成像 (laser scanning up-conversion luminescence microscopy, LSUCLM) 技術LSUCLM技術的光路圖UCNPs 稀土上轉換發(fā)光納米材料第16頁，共29頁，2022年，5月20日，0點37分，星期日上轉換發(fā)光材料的應用（一）靈敏性： 以 UCNPs

7、為探針的 LSUCLM 成像方法，能夠完全消除來自內源性熒光物質和同時標記的熒光染料的背景干擾，對所要成像的對象具有高靈敏度。第17頁，共29頁，2022年，5月20日，0點37分，星期日上轉換發(fā)光材料的應用（一）LSUCLM和普通共聚焦熒光顯微鏡成像的光漂白情況比較 LSUCLM的光漂白非常低DiI紅色DAPI藍色UCNPs綠色第18頁，共29頁，2022年，5月20日，0點37分，星期日上轉換發(fā)光材料的應用（一）優(yōu)點：1) 無背景干擾，具有較高選擇性和靈敏性2) 光漂白非常低，可用于長期成像3) 廉價的近紅外連續(xù)激光器4) 能顯示復雜的生物樣品中更多的細節(jié)。5) 對生物組織幾乎無損傷第19

8、頁，共29頁，2022年，5月20日，0點37分，星期日上轉換發(fā)光材料的應用（一）基于上轉換發(fā)光的活體成像技術第20頁，共29頁，2022年，5月20日，0點37分，星期日上轉換發(fā)光材料的應用（一）上轉化納米材料料在 腫瘤靶向成像中的應用第21頁，共29頁，2022年，5月20日，0點37分，星期日上轉換發(fā)光材料的應用 生物成像防偽技術紅外探測顯示技術第22頁，共29頁，2022年，5月20日，0點37分，星期日上轉換發(fā)光材料的應用（二）摻有稀土元素的紅外上轉換材料配制成無色的油墨第23頁，共29頁，2022年，5月20日，0點37分，星期日上轉換發(fā)光材料的應用（二）激勵波長（m）發(fā)射波長（m）第24頁，共29頁，2022年，5月20日，0點37分，星期日上轉換發(fā)光材料的應用（二）第25頁，共29頁，2022年，5月20日，0點37分，星期日上轉換發(fā)光材料的應用（二） 這種紅外上轉換油墨也適用于塑料薄膜, 可以方便地與現(xiàn)有的激光全息防偽標識結合在一起, 起到綜合防偽作用第26頁，共29頁，2022年，5月20日，0點37分，星期日上轉換發(fā)光材料的應用 生物成像防偽技術紅外探測顯示技術第27頁，共29頁，2022年，5月20日，0點37分，星期日發(fā)展趨勢目前，上轉換理論日趨完善，新產品層出不窮。隨著節(jié)能環(huán)保成為發(fā)展主流，稀土材料越來越受到重視，如果能對稀土離子