上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料

上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料第1頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期日概念、分類發(fā)展歷程機(jī)理應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)主要內(nèi)容第2頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期日什么是上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料？上轉(zhuǎn)換發(fā)光，即：反-斯托克斯發(fā)光（Anti-Stokes），由斯托克斯定律而來(lái)。斯托克斯定律認(rèn)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(shuō)，就是波長(zhǎng)短的頻率高的激發(fā)出波長(zhǎng)長(zhǎng)的頻率低的光。比如紫外線激發(fā)發(fā)出可見光，或者藍(lán)光激發(fā)出黃色光，或者可見光激發(fā)出紅外線。但是后來(lái)人們發(fā)現(xiàn)，其實(shí)有些材料可以實(shí)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(zhuǎn)換發(fā)光。第3頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期日分類根據(jù)摻雜離子分類可將上轉(zhuǎn)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(gè)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(shí)現(xiàn)上轉(zhuǎn)換過(guò)程。第4頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期日分類根據(jù)基質(zhì)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(zhuǎn)換發(fā)光效率而言，一般認(rèn)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(lái)考慮的，這個(gè)順序恰與材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性順序相反。NaYF4是目前上轉(zhuǎn)換發(fā)光效率最高的基質(zhì)材料第5頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，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(jìn)一步的證實(shí)。1966年，法國(guó)科學(xué)家Auzel在研究鎢酸鐿鈉玻璃時(shí)，意外發(fā)現(xiàn)，當(dāng)基質(zhì)材料中摻入Yb3+離子時(shí)，Er

3+、Ho3+和Tm3+離子在紅外光激發(fā)時(shí)，可見發(fā)光幾乎提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，由此正式提出了“上轉(zhuǎn)換發(fā)光”的概念1968年，制出第一個(gè)有實(shí)用價(jià)值的上轉(zhuǎn)換材料LaF3，一時(shí)間Yb,Er成為研究熱點(diǎn)；20世紀(jì)90年代初：

在低溫下(液氮溫度)在摻Er3+：CaF2晶體中上轉(zhuǎn)換發(fā)光效率高達(dá)25%近年來(lái)，納米材料的小尺寸效應(yīng)、高比表面效應(yīng)、量子效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)使納米材料成為稀土離子上轉(zhuǎn)換發(fā)光領(lǐng)域中一個(gè)新的研究熱點(diǎn)，尤其是鑭系摻雜發(fā)光材料的研究最多。第6頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期日可以把上轉(zhuǎn)換過(guò)程歸結(jié)為三種形式：激發(fā)態(tài)吸收、能量傳遞及光子雪崩機(jī)理第7頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期日發(fā)光機(jī)理一.激發(fā)態(tài)吸收第8頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期日二.能量傳遞發(fā)光機(jī)理第9頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期日三.光子雪崩發(fā)光機(jī)理第10頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期日上轉(zhuǎn)換發(fā)光效率影響因素基質(zhì)特性稀土離子濃度發(fā)光中心的能級(jí)結(jié)構(gòu)溫度環(huán)境第11頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期日上轉(zhuǎn)換發(fā)光的優(yōu)點(diǎn)①可以有效降低光致電離作用引起基質(zhì)材料的衰退；②不需要嚴(yán)格的相位匹配，對(duì)激發(fā)波長(zhǎng)的穩(wěn)定性要求不高；③輸出波長(zhǎng)具有一定的可調(diào)諧性。第12頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期日上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的應(yīng)用稀土上轉(zhuǎn)換材料在功能材料方面呈現(xiàn)了強(qiáng)勁的發(fā)展趨勢(shì)。應(yīng)用領(lǐng)域包括：照明建筑裝飾工藝美術(shù)農(nóng)業(yè)軍事生物醫(yī)學(xué)第13頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期日上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的應(yīng)用主要應(yīng)用為：電光源照明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(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期日上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的應(yīng)用

生物成像防偽技術(shù)紅外探測(cè)顯示技術(shù)第15頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期日上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的應(yīng)用（一）激光掃描上轉(zhuǎn)換發(fā)光顯微成像(laserscanningup-conversionluminescencemicroscopy,LSUCLM)技術(shù)LSUCLM技術(shù)的光路圖UCNPs——稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料第16頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期日上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的應(yīng)用（一）靈敏性：以UCNPs為探針的LSUCLM成像方法，能夠完全消除來(lái)自內(nèi)源性熒光物質(zhì)和同時(shí)標(biāo)記的熒光染料的背景干擾，對(duì)所要成像的對(duì)象具有高靈敏度。第17頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期日上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的應(yīng)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(lán)色UCNPs——綠色第18頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期日上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的應(yīng)用（一）優(yōu)點(diǎn)：1)無(wú)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(zhǎng)期成像3)廉價(jià)的近紅外連續(xù)激光器4)能顯示復(fù)雜的生物樣品中更多的細(xì)節(jié)。5)對(duì)生物組織幾乎無(wú)損傷第19頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期日上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的應(yīng)用（一）基于上轉(zhuǎn)換發(fā)光的活體成像技術(shù)第20頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期日上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的應(yīng)用（一）上轉(zhuǎn)化納米材料料在腫瘤靶向成像中的應(yīng)用第21頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期日上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的應(yīng)用

生物成像防偽技術(shù)紅外探測(cè)顯示技術(shù)第22頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期日上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的應(yīng)用（二）摻有稀土元素的紅外上轉(zhuǎn)換材料配制成無(wú)色的油墨第23頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期日上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的應(yīng)用（二）激勵(lì)波長(zhǎng)（μm）發(fā)射波長(zhǎng)（μm）第24頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期日上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的應(yīng)用（二）第25頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期日上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的應(yīng)用（二）

這種紅外上轉(zhuǎn)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(biāo)識(shí)結(jié)合在一起,起到綜合防偽作用第26頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期日上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的應(yīng)用

生物成像防偽技術(shù)紅外探測(cè)顯示技術(shù)第27頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期日發(fā)展趨勢(shì)目前，上轉(zhuǎn)換理論日趨完善，新產(chǎn)品層出不窮。隨著節(jié)能環(huán)保成為發(fā)展主流