稀土掺杂NaGdF_4纳米晶上转换荧光及热效应研究

【摘要】：由于Gd~(3+)具有优良的磁学和光学性能，使得含Gd~(3+)的化合物在各个领域的应用前景极广，NaGdF_4在生物医学领域也随之成为人们研究的热点。近几年，在核磁共振(MRI)和上转换荧光的复合多功能材料方向，人们进行了大量的报道，已经成功地同时实现了生物体内的荧光检测和MRI分析。本文进一步研究稀土掺杂NaGdF_4的上转换荧光现象，分析NaGdF_4的温度特性和红外激光诱导的热效应。 首先，制备了六方相NaGdF_4:Yb~(3+)/Er~(3+)纳米晶，研究了不同退火温度对上转换荧光强度的影响，并对退火温度进行了优化。利用共沉淀法制备NaGdF_4:Yb~(3+)/Er~(3+)纳米晶前驱体，分别在400-800℃退火。通过分析样品上转换荧光光谱，得到600℃退火样品的上转换荧光最强。进一步结合样品的X射线衍射分析(XRD)和X射线荧光光谱分析(XRF)等数据，发现在高温退火下样品掺入的氧离子，改变了基质的晶格微结构，从而影响了上转换荧光强度。 其次，测量了功率不变时绿光两个荧光峰值比(FIR)与温度的关系，得到了FIR随温度变化的表达式和灵敏度表达式。接着研究了600℃烧结的NaGdF_4：Yb~(3+)/Er~(3+)样品的荧光强度随激发功率升高而出现的饱和及淬灭现象，提出了红外激光诱导的样品热效应引起了上转换荧光的减弱或者是淬灭的假设，并设计了两组实验对假设进行验证：第一组是对比测量在水中、空气中的粉末样品和压片状态样品的上转换荧光强度；第二组是对比测量不同浓度Yb~(3+)掺杂的NaGdF_4：Yb~(3+)/Er~(3+)纳米晶的荧光强度。将FIR应用到红外激光诱导热效应的分析中，通过FIR得到了不同状态、环境及不同Yb~(3+)浓度下，激光诱导的热效应使样品所达到的温度。结合速率方程和玻尔兹曼分布对样品的上转换荧光强度与激发功率的关系进行了数值拟合。 最后，应用共沉淀法在NaGdF_4:Yb~(3+)/Er~(3+)中掺入Eu~(3+)，利用Yb~(3+)→Er~(3+)的高效能量传递，再通过Er~(3+)向Eu~(3+)的能量传递实现了Eu~(3+)的上转换发光。分析了Er~(3+)→Eu~(3+)的能量传递途径。制备了核壳结构的样品来提高Eu~(3+)与Er~(3+)的发光比例。