光致發(fā)光材料性能測(cè)量方法

1、發(fā)光的相關(guān)概念和過(guò)程光致發(fā)光原理光致發(fā)光材料的常見(jiàn)應(yīng)用光致發(fā)光材料主要特性測(cè)量發(fā)光的相關(guān)概念和過(guò)程發(fā)光就是物質(zhì)內(nèi)部以某種方式吸收能量以后，以熱輻射以外的光輻射形式發(fā)射出多余的能量的過(guò)程。光致發(fā)光(Photoluminescence)是用光激發(fā)發(fā)光材料引起的發(fā)光現(xiàn)象。固體吸收外界能量后很多情形是轉(zhuǎn)變?yōu)闊?，并非在任何情況下都能發(fā)光，只有當(dāng)固體中存在發(fā)光中心時(shí)才能有效地發(fā)光。發(fā)光中心通常是由雜質(zhì)離子或晶格缺陷構(gòu)成。發(fā)光中心吸收外界能量后從基態(tài)激發(fā)到激發(fā)態(tài)，當(dāng)從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時(shí)就以發(fā)光形式釋放出能量。發(fā)光材料通常是以純物質(zhì)作為主體，稱(chēng)為基質(zhì)，再摻入少量雜質(zhì)，以形成發(fā)光中心，這種少量雜質(zhì)稱(chēng)為激活劑。激活

2、劑是對(duì)基質(zhì)起激活作用，從而使原來(lái)不發(fā)光或發(fā)光很弱的基質(zhì)材料產(chǎn)生較強(qiáng)發(fā)光的雜質(zhì)。有時(shí)激活劑本身就是發(fā)光中心，有時(shí)激活劑與周?chē)x子或晶格缺陷組成發(fā)光中心。為提高發(fā)光效率，還摻入別的雜質(zhì)，稱(chēng)為協(xié)同激活劑，它與激活劑一起構(gòu)成復(fù)雜的激活系統(tǒng)。激活劑原子作為雜質(zhì)存在于基質(zhì)的晶格中時(shí)，與半導(dǎo)體中的雜質(zhì)一樣，在禁帶中產(chǎn)生局域能級(jí)（即雜質(zhì)能級(jí)） ；固體發(fā)光的兩個(gè)基本過(guò)程激發(fā)與發(fā)光直接涉及這些局域能級(jí)間的躍遷。光致發(fā)光原理：位形坐標(biāo)模(Configurational Coordinate Model CCM)晶體中的離子其吸收光譜與發(fā)射光譜與自由離子不同。自由離子的吸收光譜與發(fā)射光譜的能量相同，并且都是窄帶譜或銳

3、線譜（0.01cm-1）。而晶體中離子的發(fā)射光譜的能量均低于吸收光譜的能量，并且是寬帶譜。這是由于晶格振動(dòng)對(duì)離子的影響所致。與發(fā)光中心相聯(lián)系的電子躍遷可以和基質(zhì)晶體中的原子（離子）交換能量，發(fā)光中心離子與周?chē)Ц耠x子之間的相對(duì)位置、振動(dòng)頻率以及中心離子的能級(jí)受到晶體勢(shì)場(chǎng)影響等。因此，應(yīng)當(dāng)把激活劑離子及其周?chē)Ц耠x子看作一個(gè)整體來(lái)考慮。相對(duì)來(lái)說(shuō)，由于原子質(zhì)量比電子大得多，運(yùn)動(dòng)也慢得多，故在電子躍遷中，可以認(rèn)為晶體中原子間的相對(duì)位置和運(yùn)動(dòng)速率是恒定不變的（即弗蘭克-康登原理 Franke-Condon）。這樣，就可以采用一種所謂的位形坐標(biāo)來(lái)討論發(fā)光中心的吸收和發(fā)射過(guò)程。固體物理實(shí)驗(yàn)方法光致發(fā)光材料

4、性能測(cè)量方法 所謂位形坐標(biāo)圖，就是用縱坐標(biāo)表示晶體中發(fā)光中心的勢(shì)能，其中包括電子和離子的勢(shì)能以及相互作用在內(nèi)的整個(gè)體系的能量；橫坐標(biāo)則表示中心離子和周?chē)x子的位形（Configration），其中包括離子之間相對(duì)位置等因素在內(nèi)的一個(gè)籠統(tǒng)的位置概念。一般的也可代用粒子間核間距作橫坐標(biāo)。圖1是發(fā)光中心基態(tài)的位形坐標(biāo)示意圖。圖中連續(xù)的曲線表示勢(shì)能作為發(fā)光中心離子核間距函數(shù)的定量變化關(guān)系，它在平衡距離re處有一個(gè)極小值，水平線0、1、2表示粒子在基態(tài)具有的不同量子振動(dòng)態(tài)。圖1 發(fā)光中心基態(tài)的勢(shì)能圖圖2給出了基態(tài)和激發(fā)態(tài)的位形示意圖，由此可以解釋發(fā)光的許多特性。激活過(guò)程包括電子從基態(tài)能級(jí)A躍遷到激發(fā)態(tài)的

5、較高能級(jí)B產(chǎn)生一個(gè)活性中心。依照弗蘭克-康登原理，這個(gè)過(guò)程體系能量從A垂直上升到B，而離子的位形基本不變。但在激發(fā)態(tài)，由于離子松弛（即位形改變），電子以熱能形式散射一部分能量返到新激發(fā)態(tài)能級(jí)C形成新的活性中心。那么，發(fā)光過(guò)程就是電子從活化中心C回到原來(lái)基態(tài)A或D。顯然，激活過(guò)程能量EABECA或ECD。這就解釋了斯托克位移。 圖2 發(fā)光中心基態(tài)和激發(fā)態(tài)的勢(shì)能圖 應(yīng)用之一:解釋斯托克位移 應(yīng)用之二:解釋發(fā)光“熱淬滅”效應(yīng) 任何發(fā)光材料，當(dāng)溫度升高到一定溫度時(shí)，發(fā)光強(qiáng)度會(huì)顯著降低。這就是所謂的發(fā)光“熱淬滅”效應(yīng)（Thermal quenching effect）。利用圖2可以解釋這一現(xiàn)象。在圖2中

6、，基態(tài)和激發(fā)態(tài)的勢(shì)能曲線交叉于E點(diǎn)。在該點(diǎn)，激發(fā)態(tài)的離子在能量不改變的情況下就可以回到基態(tài)（E也是基態(tài)勢(shì)能曲線上的一點(diǎn)），然后再通過(guò)一系列的改變振動(dòng)回到基態(tài)的低能級(jí)上去。因此，E點(diǎn)代表一個(gè)“溢出點(diǎn)”（Spillorer Point）。如果處于激發(fā)態(tài)的離子能獲得足夠的振動(dòng)能而達(dá)到E點(diǎn)，它就溢出了基態(tài)的振動(dòng)能級(jí)。如果這樣，全部能量就都以振動(dòng)能的形式釋放出來(lái)，因而沒(méi)有發(fā)光產(chǎn)生。顯然，E點(diǎn)的能量是臨界的。一般說(shuō)來(lái)，溫度升高，離子熱能增大，依次進(jìn)入較高振動(dòng)能級(jí)，就可能達(dá)到E點(diǎn)。圖2 發(fā)光中心基態(tài)和激發(fā)態(tài)的勢(shì)能圖 另外，在吸收了光以后，離子晶格有一定弛豫，故平衡位置re只有統(tǒng)計(jì)平均的意義，實(shí)際上是一個(gè)極小

7、的區(qū)間，因此吸收光譜就包括許多頻率（或波長(zhǎng)）而形成寬帶。這就是固體中離子光譜呈帶狀的原因。在上述熱淬滅現(xiàn)象的那種情況中，激發(fā)離子通過(guò)把振動(dòng)能傳遞給環(huán)境基質(zhì)晶格，而失掉了其剩余的能量，返回到較低的能級(jí)上。這種躍遷過(guò)程不發(fā)射電磁波，即光，因而稱(chēng)為非輻射躍遷（nonrediative transition）.類(lèi)似這種非輻射躍遷，在敏活磷光體的機(jī)制 中 還 包 括 一 類(lèi) 非 輻 射 能 量 傳 遞（nonrediative energy transition）。圖3說(shuō)明這種情況。應(yīng)用之三：解釋非輻射躍遷圖3PE敏活劑基態(tài)激活劑基態(tài)能量傳遞非輻射能量散射敏活過(guò)程發(fā)光過(guò)程hh 發(fā)生非輻射能量傳遞的必要條

8、件是：（a）敏活劑和激活劑離子在激發(fā)態(tài)具有相近的能級(jí)；（b）敏活劑和激活劑離子與基質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)是相近的。在發(fā)光過(guò)程中，激活源輻照使敏活離子躍遷到激發(fā)態(tài)，這些敏活離子又把能量傳遞給鄰近的激活離子。在傳遞過(guò)程中幾乎沒(méi)有能量損失，同時(shí)敏活離子返回它的基態(tài)，最后激活離子發(fā)光返回基態(tài)。某些雜質(zhì)對(duì)發(fā)光材料有“毒物”作用，激發(fā)光因材料含有毒物而淬滅。毒物效應(yīng)往往是以非輻射能傳遞方式起作用的：能量或從敏活劑或激活劑傳遞到毒物上，而后者將能量以振動(dòng)能散射到基質(zhì)晶格中，以致活性中心不能發(fā)光。具有非輻射躍遷的離子有Fe3+、Co2+、Ni2+等，因而在制備磷光材料中應(yīng)當(dāng)杜絕這些雜質(zhì)的存在。應(yīng)用之四：解釋“毒物”作用

9、光致發(fā)光材料的常見(jiàn)應(yīng)用熒光燈等離子電視LED激光夜明設(shè)施生物熒光標(biāo)記太陽(yáng)能電池?zé)晒鉄簦ㄈ展鉄?、?jié)能燈）熒光燈（fluorescent lamp）是一種充有氬氣的低氣壓汞蒸氣的氣體放電燈，在低壓汞蒸氣放電過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的波長(zhǎng)為253.7mm的紫外線，以及少量波長(zhǎng)為185nm的紫外線和可見(jiàn)光。在燈管表面涂有熒光粉，可以將波長(zhǎng)為253.7nm的紫外線轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)光。熒光燈按外形結(jié)構(gòu)可以分為兩大類(lèi)：直管型熒光燈和異型熒光燈。按所涂熒光粉的不同又有日光色、冷色和暖色熒光燈之分。節(jié)能燈，術(shù)語(yǔ)叫自鎮(zhèn)流熒光燈，自鎮(zhèn)流熒光燈是將熒光燈管、鎮(zhèn)流器等組裝在一起，采用標(biāo)準(zhǔn)螺口或卡口燈頭直接取代白熾燈或自鎮(zhèn)流水銀燈（汞

10、燈）接入220V的電源。它通過(guò)鎮(zhèn)流器給燈管燈絲加熱，大約在1160K溫度時(shí)，燈絲就開(kāi)始發(fā)射電子，電子、氬原子、汞原子等相互作用后，會(huì)發(fā)出紫外線，紫外線激發(fā)熒光粉發(fā)光。熒光燈用熒光粉的發(fā)展對(duì)于燈用熒光粉的要求就是能強(qiáng)烈吸收254nm的輻射線，并能高效的轉(zhuǎn)化這些被它吸收的輻射能。20世紀(jì)50年代以后的熒光燈大都采用鹵磷酸鈣，俗稱(chēng)鹵粉。鹵粉價(jià)格便宜，但發(fā)光效率不夠高，熱穩(wěn)定性差，光衰較大，光通維持率低，因此，它不適用于細(xì)管徑緊湊型熒光燈中。1974年，荷蘭飛利蒲首先研制成功了將能夠發(fā)出人眼敏感的紅、綠、藍(lán)三色光的熒光粉氧化釔、多鋁酸鎂和多鋁酸鎂鋇按一定比例混合成稀土元素三基色熒光粉，它的發(fā)光效率高，

11、約為白熾燈的5倍，色溫為2500K-6500K，顯色指數(shù)在85左右，用它作熒光燈的原料可大大節(jié)省能源，這就是高效節(jié)能熒光燈的來(lái)由。我們目前使用較多的熒光燈采用低壓汞蒸氣發(fā)射的254nm紫外光作為激發(fā)光源。這類(lèi)熒光材料由于技術(shù)成熟，量子效率可以接近100%，能量轉(zhuǎn)換效率可以接近50%。但是汞有毒，容易對(duì)環(huán)境和人們身體健康造成危害。出于環(huán)?？紤]，新興的無(wú)汞熒光燈選用惰性氣體放電發(fā)光來(lái)代替汞蒸汽激發(fā)熒光粉，主要采用在惰性氣體中能量轉(zhuǎn)化效率最高的Xe氣。LED白光LED的制作方案紅、綠、藍(lán)三色LED 實(shí)現(xiàn)白光LED生產(chǎn)成本最高，由于三種顏色的LED 量子效率不同，而且隨著溫度和驅(qū)動(dòng)電流的變化不一致，隨

12、時(shí)間的衰減速度也各不相同，紅、綠、藍(lán)LED 的衰減速率依次上升。因此，為了保持顏色的穩(wěn)定，需要對(duì)三種顏色分別加反饋電路進(jìn)行補(bǔ)償，導(dǎo)致電路復(fù)雜，而且會(huì)造成效率損失。藍(lán)光LED +能被藍(lán)光LED有效激發(fā)的黃色熒光粉 該方案的白光LED是由藍(lán)光LED芯片和可被藍(lán)光有效激發(fā)的發(fā)黃光的熒光粉組合，其中藍(lán)光LED的一部分藍(lán)光被熒光粉吸收，激發(fā)熒光粉發(fā)射黃光，而剩余的藍(lán)光與黃光混合，調(diào)控它們的強(qiáng)度比，即可得到各種室溫的白光。此種組合方式是目前最常用的白光LED的制作方式，大部分白光LED都以此種方式制成，其優(yōu)點(diǎn)是制作簡(jiǎn)單，在所有白光LED的組合方式中成本較低而效率較高。紫外LED +能被紫外LED有效激發(fā)的

13、熒光粉 其原理是采用高亮度的紫外LED泵浦紅、綠、藍(lán)三色熒光粉，產(chǎn)生紅、綠、藍(lán)三基色，通過(guò)調(diào)整三色熒光粉的配比可以形成白光。 由于紫外線光子的能量較藍(lán)光高，可激發(fā)的熒光粉選擇性增加，絕大多數(shù)熒光粉的效率隨激發(fā)光源波長(zhǎng)的縮短而增加，尤其是紅色熒光粉。這種封裝方式和藍(lán)光LED與黃色熒光粉的組合成本相同，但因?yàn)樗邪坠舛紒?lái)自于熒光粉本身，紫外光本身未參與混光，因此顏色的控制較藍(lán)光LED容易得多，色彩均勻度極佳。但效率相對(duì)偏低固體激光器激光器簡(jiǎn)稱(chēng)萊塞（Laser）是英文“Light amplification by stimulated emission of radiation”首寫(xiě)字母的縮寫(xiě)，意為

14、受激發(fā)射光放大器。激光器發(fā)射的光就是激光。激光束可用于加工高熔點(diǎn)材料，也可用于醫(yī)療、精密計(jì)量、測(cè)距、全息檢測(cè)、農(nóng)作物育種、同位素分離、催化、信息處理、引發(fā)核聚變、大氣污染監(jiān)測(cè)以及基本科學(xué)研究各方面，有力地促進(jìn)了物理、化學(xué)、生物、信息等諸多學(xué)科的發(fā)展。激光器按其工作物質(zhì)可以還分為固體激光器、氣體激光器和液體染料激光器?？梢?jiàn)，激光工作物質(zhì)對(duì)激光器的發(fā)展起著決定性的作用。而固體激光晶體的研究和發(fā)展是固體化學(xué)的一個(gè)重要領(lǐng)域。激光晶體激活和發(fā)光過(guò)程：激活過(guò)程是將活化中心注入到激發(fā)態(tài)，稱(chēng)作激勵(lì)。這樣的活化中心具有合理的壽命。換句話說(shuō)，這些活化中心受激后并不立即發(fā)射能量回到基態(tài)，而是待激勵(lì)遍及“全域”。因而

15、激發(fā)態(tài)比基態(tài)具有更多的活化中心。發(fā)光時(shí)，從一個(gè)活化中心發(fā)出的光刺激其他活化中心，以致輻射在整個(gè)相中進(jìn)行，于是就構(gòu)成了相干輻射的強(qiáng)烈光束或脈沖。 能量（103cm-1） 4F1 20 4F2 非輻射躍遷 10 激活 2E 激光 693.3nm 0 4A2 基態(tài) 紅寶石晶體中Cr3+的能級(jí)和激光發(fā)射用強(qiáng)可見(jiàn)光照射到紅寶石晶體上，Cr3+離子的d電子從基態(tài)4A2激發(fā)到較高的激發(fā)態(tài)4F1、4F2能級(jí)。這些能級(jí)上的電子通過(guò)非輻射過(guò)程很快回到稍低一些的能級(jí)2E。2E激發(fā)態(tài)能級(jí)的壽命非常長(zhǎng)，約為510-3秒。這意味著有足夠的時(shí)間可以將這種激發(fā)狀況普遍化。從能級(jí)2E回到基態(tài)就產(chǎn)生激光。在這一轉(zhuǎn)變過(guò)程，晶體相中

16、許多離子互相激勵(lì)、衰變，便產(chǎn)生了強(qiáng)的波長(zhǎng)為693nm的相干紅光脈沖。等離子電視（PDP）所謂等離子體，是指正負(fù)電荷共存，處于電中性的放電氣體的狀態(tài)。等離子體平板顯示器(Plasma Display Panel)作為平板顯示器的一種，是利用氣體放電發(fā)光至發(fā)光熒光粉，實(shí)現(xiàn)彩色顯示的顯示器。等離子電視屏幕一般由兩塊玻璃基板、導(dǎo)電電極、介質(zhì)層等構(gòu)成，在PDP中放置有數(shù)百萬(wàn)個(gè)真空放電單元，其中封閉了放電氣體（一般采用氖Ne和氙Xe，或氦He和Xe組成的混合惰性氣體），對(duì)放電單元施加電壓，放電單元中發(fā)生氣體放電，產(chǎn)生等離子體。氣體等離子體放電產(chǎn)生147nm、130nm和172nm的真空紫外線，真空紫外線激

17、發(fā)涂有三基色熒光粉的熒光屏，熒光屏發(fā)出的光則呈紅、綠、藍(lán)三基色。當(dāng)每一顯色單元實(shí)現(xiàn)256級(jí)灰度后再進(jìn)行混色，便實(shí)現(xiàn)彩色顯示。PDP具有厚度薄、重量輕、大平面、大視角、響應(yīng)快、受磁場(chǎng)影響小等其優(yōu)點(diǎn)。 等離子電視用熒光粉選擇高效吸收真空紫外光，以及具有高效能量傳遞效率的基質(zhì)晶格是PDP用熒光粉的關(guān)鍵。 目前商用的PDP用三基色熒光粉分別是(Y,Gd)BO3:Eu3+、Zn2SiO4:Mn2+和 BaMgAl10O17:Eu2+。4f65d1 4f75D0 7F15D0 7F24T1 6A1BAM、ZSM和YGB在室溫下被147nm激發(fā)的發(fā)射光譜 量子剪裁(quantum cutting)在無(wú)汞熒光

18、燈以及等離子平板電視中，Xe放電主要發(fā)射147nm和172nm真空紫外光子，用其激發(fā)熒光粉，即使熒光粉的量子效率達(dá)到100%，對(duì)激發(fā)能量的轉(zhuǎn)換效率也小于30%，高于70%的能量損失促使我們想到如何進(jìn)一步來(lái)提高熒光體的量子效率使之超過(guò)100%(Ql)，即吸收一個(gè)高能的VUV光子而發(fā)出兩個(gè)或以上的可見(jiàn)光子。這個(gè)概念被稱(chēng)之為VUV激發(fā)下的“量子剪裁(quantum cutting)”，又名能量的“下轉(zhuǎn)換(down conversion)”?；凇半x子對(duì)”的量子剪裁體系量子剪裁概念示意圖圖a是在一個(gè)稀土離子內(nèi)的量子剪裁，由此圖可以看出在一個(gè)稀土離子內(nèi)很難發(fā)射出兩個(gè)好的可見(jiàn)光子。圖b、c、d顯示出兩種稀

19、土離子參與下量子剪裁過(guò)程的三種可能：在圖b中，吸收了激發(fā)能量的離子I通過(guò)交叉弛豫將能量傳遞給近鄰的離子II，II發(fā)射出第一個(gè)可見(jiàn)光子，離子I剩余的能量再傳給另一個(gè)離子II發(fā)射第二個(gè)可見(jiàn)光子。圖c中，離子I通過(guò)交叉弛豫過(guò)程傳遞能量給附近的離子II發(fā)射第一個(gè)可見(jiàn)光子，然后自己發(fā)射第二個(gè)可見(jiàn)光子。圖d是離子I先發(fā)射一個(gè)可見(jiàn)光子，再將剩余能量傳遞給離子II發(fā)射第二個(gè)可見(jiàn)光子?；赑r3+的量子剪裁體系Pr3+的光子級(jí)聯(lián)發(fā)射能級(jí)圖夜明設(shè)施（長(zhǎng)余輝材料）所謂長(zhǎng)余輝發(fā)光是指發(fā)光材料在停止激發(fā)后，發(fā)光不會(huì)立即消失，而是持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間（從數(shù)秒到幾十個(gè)小時(shí)）的發(fā)光現(xiàn)象。這種材料在吸收可見(jiàn)光或者紫外光時(shí)能夠儲(chǔ)存能量，

20、然后以可見(jiàn)光的形式將被存儲(chǔ)能量緩慢釋放，也就成為了一種長(zhǎng)余輝發(fā)光。在光線較暗的場(chǎng)所、黑夜或者突然照明斷電的時(shí)候，這種材料能起到應(yīng)急顯示、安全照明的作用。沒(méi)有放射性、安全可靠、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。一般認(rèn)為長(zhǎng)余輝材料的發(fā)光應(yīng)該經(jīng)歷以下幾個(gè)過(guò)程，i) 基質(zhì)晶格激活劑離子吸收能量，此能量可以是可見(jiàn)光，也可以是同位素離子輻照的射線；ii）被吸收的能量以別的形式被存儲(chǔ)；iii) 能量被傳遞給激活劑離子，將激活劑離子的外層電子從基態(tài)激發(fā)至激發(fā)態(tài)。iv) 電子從激發(fā)態(tài)躍遷至基態(tài)從而產(chǎn)生激活劑離子的特征發(fā)射。生物熒光標(biāo)記熒光探針技術(shù)是一種利用探針化合物的光物理和光化學(xué)特征，在分子水平上研究某些體系的物理、化學(xué)過(guò)程和檢測(cè)某

21、種特殊環(huán)境材料的結(jié)構(gòu)及物理性質(zhì)的方法。由于大多數(shù)生物分子本身無(wú)熒光或熒光較弱，檢測(cè)靈敏度較低，人們用強(qiáng)熒光的標(biāo)記試劑或熒光生成試劑與待測(cè)物進(jìn)行標(biāo)記或衍生，即利用某些試劑與非熒光或弱熒光化合物以共價(jià)鍵或其它形式結(jié)合形成發(fā)熒光的絡(luò)合物或聚集體進(jìn)行測(cè)定，其基本特點(diǎn)是具備高度靈敏性和極寬的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間。1. 放射性同位素標(biāo)記技術(shù)依靠酶促反應(yīng)將用同位素標(biāo)記的核苷酸摻入到探針中。標(biāo)記好的探針即可用于和待測(cè)樣品DNA進(jìn)行雜交反應(yīng)，然后通過(guò)放射自顯影來(lái)檢測(cè)。放射性標(biāo)記探針與放射自顯影檢測(cè)相結(jié)合為當(dāng)前應(yīng)用的雜交分析提供了最高的靈敏度和最強(qiáng)的分辨率。然而放射性同位素的污染、昂貴、半衰期短、自顯影時(shí)間長(zhǎng)及對(duì)人體有危

22、害等缺點(diǎn)，使得放射性標(biāo)記探針的應(yīng)用尤其是商業(yè)性應(yīng)用受到一定限制。2.有機(jī)熒光染料生物標(biāo)記有機(jī)熒光染料為探針的熒光標(biāo)記分析方法克服了發(fā)射性同位素標(biāo)記的缺點(diǎn)，然而，在大多數(shù)情況下，目前所應(yīng)用的有機(jī)染料熒光探針激發(fā)光譜都較窄，所以很難同時(shí)激發(fā)多種組分。而其熒光特征光譜又較寬，并且呈不對(duì)稱(chēng)分布，紅外出現(xiàn)拖尾，導(dǎo)致不同探針?lè)肿拥陌l(fā)光光譜出現(xiàn)重疊，難以實(shí)現(xiàn)有效地區(qū)分，因此要同時(shí)檢測(cè)多種組分難度很大。有機(jī)染料最嚴(yán)重的缺陷還是光化學(xué)穩(wěn)定性差，光漂白與光解使每個(gè)染料探針能夠發(fā)出的熒光光子平均數(shù)量不可能太多，光解產(chǎn)物又往往會(huì)對(duì)生物體產(chǎn)生殺傷作用。3.半導(dǎo)體量子點(diǎn)熒光生物標(biāo)記量子點(diǎn)（quantum dots，QDs

23、）是一種由II-VI族或III-V族元素組成的，能夠接受激發(fā)光產(chǎn)生熒光的半導(dǎo)體納米顆粒。量子點(diǎn)的熒光量子產(chǎn)率遠(yuǎn)高于單個(gè)染料分子、激發(fā)波長(zhǎng)范圍很寬，且連續(xù)分布，可實(shí)現(xiàn)單激發(fā)多發(fā)射、具有窄而對(duì)稱(chēng)的發(fā)射光譜，可使相鄰探針的熒光干擾有效降低、熒光壽命較長(zhǎng)，可以經(jīng)受反復(fù)多次激發(fā)、發(fā)射光譜可調(diào)。用紫外可見(jiàn)光激發(fā)量子點(diǎn)，但生物體系中的核酸、氨基酸和蛋白質(zhì)（尤其是熒光蛋白）等也會(huì)被激發(fā)而發(fā)出很強(qiáng)的背景熒光，從而影響檢測(cè)，降低檢測(cè)的靈敏度。利用紫外光激發(fā)量子點(diǎn)標(biāo)記物，長(zhǎng)時(shí)間的輻照會(huì)對(duì)被測(cè)生物樣品造成損傷。4.稀土摻雜上轉(zhuǎn)換納米晶熒光生物標(biāo)記在稀土摻雜的無(wú)機(jī)納米材料中，有一類(lèi)特殊的發(fā)光材料，它能夠通過(guò)多光子機(jī)制把

24、長(zhǎng)波輻射（近紅外光）轉(zhuǎn)換成短波輻射，發(fā)射出比激發(fā)光波長(zhǎng)短的熒光（紫外可見(jiàn)光），即上轉(zhuǎn)換熒光。上轉(zhuǎn)換材料光化學(xué)穩(wěn)定，不易光解；上轉(zhuǎn)換發(fā)光過(guò)程主要集中于固體基質(zhì)中，幾乎不受外界條件的影響；用于生物標(biāo)記探針，由于在紅外光的照射下，可使檢測(cè)背景大大降低，進(jìn)而提高生物檢測(cè)的靈敏度；激發(fā)光能量低，對(duì)生物組織具有良好的穿透性且不會(huì)對(duì)生物體產(chǎn)生傷害；采用廉價(jià)高效的980nm紅外激光器作為激發(fā)光源，檢測(cè)裝置簡(jiǎn)單，成本低；可以通過(guò)選擇不同的基質(zhì)材料和摻雜離子來(lái)調(diào)節(jié)上轉(zhuǎn)換發(fā)光，真正實(shí)現(xiàn)單激發(fā)多發(fā)射，從而有利于生物體系中多組分同時(shí)檢測(cè)。太陽(yáng)能電池太陽(yáng)能作為可以解決化石燃料枯竭和地球環(huán)境問(wèn)題的綠色能源越來(lái)越備受矚目。利

25、用光伏效應(yīng)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能的太陽(yáng)能電池是當(dāng)前合理利用太陽(yáng)能的重要裝置之一。然而，目前所廣泛使用的硅基太陽(yáng)能電池其光電轉(zhuǎn)換效率理論最大值僅30%，實(shí)際轉(zhuǎn)換效率約15%。利用摻稀土光功能材料如能實(shí)現(xiàn)吸收一個(gè)可見(jiàn)光子，而發(fā)射兩個(gè)或多個(gè)紅外光子，則紅外量子剪裁材料有望大力提高硅基太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率。光致發(fā)光材料主要特性測(cè)量吸收光譜反射光譜發(fā)射光譜激發(fā)光譜熒光壽命色品坐標(biāo)發(fā)光效率吸收光譜當(dāng)光照射到發(fā)光材料上時(shí)，一部分被反射、散射，一部分透射，剩下的被吸收。只有被吸收的這部分光才對(duì)發(fā)光起作用。但是也不是所有被吸收的光的各個(gè)波長(zhǎng)都能起激發(fā)作用。研究哪些波長(zhǎng)被吸收，吸收多少，顯然是重要的。吸收系數(shù)k隨波

26、長(zhǎng)（或頻率）的變化，叫吸收光譜。發(fā)光材料的吸收光譜，首先決定于基質(zhì)，而激活劑和其他雜質(zhì)也起一定的作用，它們可以產(chǎn)生吸收帶或吸收線。多數(shù)實(shí)用得發(fā)光材料都是粉末狀，是由微小的晶粒組成的。這對(duì)精確測(cè)量吸收光譜造成很大的困難。反射光譜反射光譜，是反射率R隨波長(zhǎng)（或頻率）的變化。而所謂反射率，是指反射光的總量（因?yàn)榧热皇欠勰?，漫反射就很?qiáng)，這里指的是漫反射）和入射光的總量之比。通過(guò)材料的反射光譜來(lái)估計(jì)由微小的晶粒組成的粉末狀發(fā)光材料對(duì)光的吸收。激發(fā)光譜激發(fā)光譜是指發(fā)光的某一譜線或譜帶的強(qiáng)度隨激發(fā)光波長(zhǎng)（或頻率）的變化。由此可知，激發(fā)光譜反映不同波長(zhǎng)的光激發(fā)材料的效果。激發(fā)光譜的橫軸代表所用的激發(fā)光波長(zhǎng)，縱軸代表發(fā)光的強(qiáng)弱，可以用能量或發(fā)光強(qiáng)度表示。激發(fā)光譜表示對(duì)發(fā)光起作用的激發(fā)光的波長(zhǎng)范圍，而吸收光譜（或反射光譜 ）則只說(shuō)明材料的吸收，至于吸收以后是否發(fā)光，那就不一定了。把吸收光譜（或反射光譜）和激發(fā)光譜相互比較以后，就可以判斷哪些吸收對(duì)發(fā)光是有用的，哪些是不起作用的。發(fā)射光譜發(fā)光材料的發(fā)射光譜，指的是發(fā)光的能量按波長(zhǎng)或頻率的分布，許多發(fā)光材料的發(fā)射光