Ca2 掺杂对稀土氟化物纳米晶形貌和上转换发光性能的影响机理研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

上转换发光材料是一类热门的稀土发光材料,它是指材料受到光激发时,能基于双光子或多光子机制,吸收低光子能量的长波辐射,发射出高光子能量的短波辐射,其本质是一种反斯托克斯发光.近年来,稀土离子掺杂的上转换发光材料在固体激光、三维显示、红外成像、太阳能电池,尤其是作为一种新型荧光标记物在生物大分子分析、生物医学成像等领域有着广阔的应用前景[1-6]。在上转换发光的众多基质材料中，氟化物以其低声子能量、高光透过率以及不易潮解等优点，成为稀土离子掺杂的首选基质材料。其中，β-nayf4是目前公认的上转换绿光和蓝光发光效率最高的基质材料之一［7］。另一方面，science等国际顶级刊物报道了掺稀土氟化物体系ligdf4:eu的下转换量子效率达到190%的可见量子剪裁现象［8］。由于很难合成纯四方相晶体ligdf4［9-10］，极少有文献报道以ligdf4为基质材料的上转换纳米晶。hoseongjang［10］等通过掺杂y离子合成了li(gd,y)f4:yb,er纳米晶，研究了粒径小于10nm的li(gd,y)f4:yb,er纳米晶拥有比β-nayf4更高的上转换绿光发光效率，并通过将li(gd,y)f4:yb,er纳米晶与透明蛋白质偶联制作成透明光学器件进行3d成像效果展示。可见，ligdf4是一种优良的上转换绿光发光基质材料。

近几年,关于稀土离子掺杂的上转换纳米晶体在体内成像方面的应用已见报道［11-13］。由于常用的上转换稀土离子（er3 、tm3 等)在600nm以下的可见区内均存在较强的荧光发射带[14-15],而生物组织对600nm以下的可见光具有很强的吸收,不利于发展该类材料在生物体内成像方面的应用[16-17].由于在600—700nm范围内生物组织的光吸收、光散射和自发荧光最弱[17],因此一般把600—700nm范围内的红光和700—1100nm范围内的近红外光称为生物组织的“光学窗口”.为实现高效的深组织成像,有必要将上转换纳米晶体的激发带和发射带调控在“光学窗口”之内.liu等[18]利用热分解法成功地制备了具有红色单带发射特征的kmnf3:yb3 ,ln3 (ln=er3 ,ho3 )纳米晶体,并实现了猪肉组织内较深处的上转换荧光标定.zhao[19]等也通过mn2 掺杂在立方相的nayf4:yb3 ，er3 纳米晶体内实现了660nm左右的准纯红色荧光发射,进一步的研究表明了该类材料在癌症治疗过程中的药物上载和传递方面的巨大潜力.

许多二价碱土金属的离子和三价稀土金属离子由于离子半径、配位化学性质和电荷性质相类似，在一定程度上可以发生取代行为，改变晶体内部的结构，影响稀土离子的跃迁，从而调控晶体的光学性能。王元生[20-21]课题组通过掺杂ca2 离子，使nagdf4∶yb3 ，er3 的上转换荧光强度提高了200倍。

2. 研究的基本内容与方案

2.1研究（设计）的基本内容

采用热分解法，通过有效调控ca2 离子的掺杂浓度，制备镱铒铥三种稀土元素共掺纯立方相ligdf4:xca2 /yb3 /er3 /tm3 （摩尔分数x=0%、3.6%、9.9%、15.6%、20.5%、24.9%）纳米晶。利用x射线衍射分析(xrd)、透射电子显微镜(tem)、发光光谱等测量手段对样品进行了晶相、形貌、发光性质的表征。

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4-5周：完成一系列ca2 掺杂浓度的ligdf4:xca2 /yb3 /er3 /tm3 纳米材料的制备和表征；

第6—10周：研究钙离子对上转换纳米晶的形貌和发光性能的影响；

4. 参考文献（12篇以上）

[1n.niu,p.yang,f.he,x.zhang,s.gai,c.liandj.lin,j.mater.chem.,2012,22,10889–10899.

[2f.zhang,g.b.braun,y.f.shi,y.c.zhang,x.h.sun,n.o.reich,d.zhaoandg.stucky,j.am.chem.soc.,2010,132,2850–2851.

[3]f.wang,xliu,chem.soc.rev.2009,38,976;