NaYF4:Er/Yb纳米晶体的制备及发光性能的研究(2)

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除此之外，纳米科技还是一门交叉性很强的技术，几乎涉及了包括物理、化学、生物、计量学等在内的绝大部分学科。本文所研究的NaYF4:Er/Yb上转换发光材料便是纳米材料和稀土材料结合的产物。

在稀土材料中，稀土化合物本身并不发光，需要在稀土离子的激发下才能发光，通常将稀土化合物称为基质，稀土离子称为激活剂，除此之外，还有辅助改善发光性能的共激活剂和增强发光强度的敏化剂，一般都含有稀土元素。由于光的颜色由能级跃迁时辐射的光子能量决定，所以具有部分填充的4f轨道的稀土离子，因其独特的f-f、f-d跃迁而获得多种发光性能。所以常规的稀土材料具有丰富多变的荧光特性、发光色纯度高、色彩鲜艳、荧光寿命长、转换效率高、物理和化学性质稳定等优点。稀土元素因其离子具有丰富的能级数量和特殊的能级跃迁而在各领域的发光材料中被广泛应用，可谓是一个巨大的发光材料宝库。

本文的研究中还提到的一个概念，上转换发光，即在低能量光的激发下，亦能持续发射高能量光论文网，如红外光的激发下能发出可见光或紫外光。掺杂稀土的上转换发光材料因其光稳定性比其它上转换材料高出许多而被更多的应用于照明光源、显示显像、探测、激光等。由于结合了纳米技术，上转换发光材料不再止步于宏观可见的日光灯、显示屏等，甚至被引入了生物医药领域，应用于极微的生物荧光探针，并且在生物分子上拥有高灵敏的分析和检测等优势而成为国内外研究的热点。

一个高质量的上转换发光材料既要拥有合适的尺寸和形貌，还要具有良好的发光性能和效率。为了得到我们所需求的上转换发光材料，可以通过改变合成过程中不同的参数来寻求最佳条件，比如反应时间、反应温度、反应物的掺比、溶剂的选择等等来控制产物的尺寸和形状。这里参考了过去的文献对比了沉淀法、溶胶-凝胶法、溶剂（水）热法、微乳液法和微波热合成法后，最终决定选择采用水热合成法制备NaYF4:Er/Yb晶体，作为研究上转换材料的结构和发光性能是比较常用的晶体培养方法。

本文采用水热合成法制备结构、尺寸、形貌可控的NaYF4:Er/Yb上转换发光纳米材料`优尔^文:论;文'网www.youerw.com，将进行两组实验，一是通过改变合成反应时间（12小时、16小时、20小时、24小时）来研究其对形成机制的影响规律，二是通过改变Yb3+的加入量以研究Yb3+掺杂比对晶体荧光性能的影响。最后通过X射线衍射（X-ray diffraction，简写XRD）分析晶体的结构，荧光光谱仪表征晶体荧光光谱以及透射电子显微镜（Transmission electron microscope，简写TEM）观察材料的形貌并进行讨论。

2. 上转换纳米材料的合成原理

2.1. 上转换材料的选择

上转换材料一般包括基质、激活剂和敏化剂。在选择上转换基质材料时，除了要求具有稳定的物化性质，高发光效率外，还要考虑声子能量。当激发或发射频率和声子能量相近时，晶格会吸收能量使发光效率下降。所以上转换基质材料的声子能量应该较低。氟化物因其声子能量低、发光效率高、稳定性好而被作为上转换基质材料，而且相对其它氧化物、硫化物等上转换材料，氟化物的发光性能更为理想，所以科学界对其研究最多也使其成为目前研究最为成熟的上转换基质材料。在众多氟化物上转换材料中，NaYF4是目前公认的声子能量最低、发光效率最高的一种，所以被广泛应用于上转换材料的合成研究。一般来说，NaYF4存在两种晶型，一种是立方相α-NaYF4（萤石型），另一种是六方相 ß-NaYF4（Na1.5Y1.5F6 型）。而六方相的发光效率相对立方相要更好，所以如何直接合成或通过转变晶型制备六方相的NaYF4晶体是我们研究的目标之一。