收藏本站
收藏 | 论文排版

基于FIR技术的稀土掺杂上转换测温材料特性研究

索浩  
【摘要】:温度的准确测量在工业生产、电子行业、科学研究、航空航天和国防建设等多个领域中占据着至关重要的地位。在众多测温技术中,基于稀土离子热耦合能级的荧光强度比技术具有快速响应、高灵敏度和空间分辨率等优势,因而迅速成为了温度探测领域的研究热点。随着纳米科技的迅猛发展,稀土掺杂上转换测温材料凭借其优异的发光性质、低毒性、生物背景荧光干扰小、较深的组织穿透性等优点在生物组织或细胞内的温度探测具有广阔的发展潜力。本论文以提高荧光强度比技术的灵敏度为宗旨,以构建多功能上转换纳米平台为目标,通过筛选基质和掺杂离子、控制合成条件、设计核壳结构等方案,旨在实现对上转换发光、温度传感和光热转换性能的优化,并对其内在机理进行理论探究,最终评估多功能上转换纳米平台在生物组织内测温和光热杀菌方面的应用潜力。本论文的研究内容主要包括以下四个部分:(1)选取具有较低声子能量的新型复合氧化物Ba_5Gd_8Zn_4O_(21)为基质,Ho~(3+)、Er~(3+)和Tm~(3+)离子为发光中心,Yb~(3+)离子为敏化剂,采用溶胶-凝胶法分别制备了具有绿、红和蓝三基色发射的上转换荧光粉。我们分别实现了来自Ho~(3+)离子高效稳定的上转换纯绿光发射和来自Er~(3+)离子上转换发光颜色的双模调制,并详细探究了其发光和调制机理。我们进一步评估了基于Er~(3+)绿光~2H_(11/2)/~4S_(3/2)和红光~4F_(9/2)的Stark能级以及Tm~(3+)蓝光~1G_4的Stark能级的温度传感性能,并系统研究了发光颜色和掺杂浓度对灵敏度的影响。此外,利用荧光强度比技术监测了Tm~(3+)/Yb~(3+)共掺杂样品中的光热转换性能,这也为多功能上转换纳米平台的构建打下了前期基础。(2)从生物应用角度出发,选取稀土氟化物YF_3为基质,Er~(3+)和Tm~(3+)离子为发光中心,Yb~(3+)离子为敏化剂,采用水热法合成了具有多重形貌的上转换微/纳米晶。我们系统分析了YF_3:Yb~(3+)/Er~(3+)的形貌和尺寸对上转换发光和温度传感特性的影响,并进一步评估了其在生物组织内测温的可能性。此外,通过增加Yb~(3+)掺杂浓度提高了YF_3:Yb~(3+)/Tm~(3+)微米晶位于“生物光学窗口区”的~3F_(2,3)→~3H_6与~3H_4→~3H_6跃迁强度比值。我们进一步评估了基于~3F_(2,3)/~3H_4能级的温度传感特性,并系统研究了Yb~(3+)掺杂浓度对测温灵敏度和光热转换效应的影响,证明该体系在生物组织内的光学温度传感和光热治疗领域具有巨大的应用前景。(3)为了实现灵敏度的最优化,我们系统研究了基质声子能量和局部对称性扰动对上转换发光和温度传感特性的影响。首先,通过控制煅烧温度实现了由Yb~(3+)/Er~(3+)共掺杂YF_3向YOF和Y_2O_3的转变,并分析了上转换发光颜色调制的内在机理。利用J-O理论和第一性原理计算详细分析了声子能量和化学键共价性与测温灵敏度的内在联系。此外,我们采用共沉淀法制备了三方相La_2O_3:Yb~(3+)/Er~(3+)纳米晶,并引入立方相Lu_2O_3和Y_2O_3作为对照,详细探究了它们的晶体结构。借助Eu~(3+)作为荧光探针,我们详细研究了稀土离子的掺杂在三个基质中引起的局部对称性变化,很好地解释了La_2O_3:Yb~(3+)/Er~(3+)具有最强上转换发光的原因。通过对比三个样品的温度传感特性,我们结合J-O理论探究了基质局部对称性扰动与测温灵敏度的内在联系,并利用La_2O_3:Yb~(3+)/Er~(3+)纳米晶在组织内实现了高信噪比和灵敏度的实时温度探测,为上转换测温材料的性能优化提供了新思路。(4)为了避免980 nm激光对生物组织的热损伤,我们采用在808 nm处具有较大吸收截面的Nd~(3+)作为敏化剂,并通过包覆SiO_2提高体系的生物相容性,分别构建了Nd~(3+)/Yb~(3+)/Er~(3+)共掺杂的蛋黄-蛋壳结构GdOF@SiO_2和橄榄状LuVO_4:@SiO_2@Cu_2S上转换纳米平台,并分析了三掺体系的能量传递过程。在808 nm激发下,系统研究了蛋黄-蛋壳结构、Nd~(3+)离子掺杂和光热转换介质Cu_2S包覆对上转换发光、光热转换和温度传感性能的影响。此外,我们探究了样品在808 nm激发下实现组织内“温度自监控”光热过程的潜力,并进一步评估了样品对细菌的光热杀伤效率。这种集荧光成像、温度传感和光学加热多功能于一体的808 nm响应上转换纳米平台在生物医学领域展现了广阔的应用前景。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前19条
1 陈奇丹;杨生;;上转换材料的制备及发展[J];广东化工;2012年08期
2 祝威;张晓丹;金鑫;刘永娟;王东丰;赵颖;;NaYF_4:Er/Yb上转换材料的优化制备及其特性研究[J];光电子.激光;2010年09期
3 周永红;田玉鹏;吴杰颖;;有机上转换激光材料研究进展[J];化工时刊;2006年04期
4 张瑞萍,陈晓波,康洞国;双频上转换三维立体显示实时动态模拟[J];北京师范大学学报(自然科学版);2004年01期
5 李辉;桂征宇;梁永;俞樟森;吴爱国;;单分散上转换纳米荧光微粒的荧光寿命测量[J];光学精密工程;2017年02期
6 吴悦;胡继辉;梅青松;李炳南;;一种基于角锥棱镜的上转换荧光检测系统[J];集成技术;2016年05期
7 钟诚;毕剑;赖欣;高道江;;上转换白光材料的研究进展[J];现代化工;2015年06期
8 周书华;Marco Bettinelli;Luís Carlos;Xiaogang Liu;;镧系元素掺杂的上转换纳米颗粒[J];物理;2015年09期
9 石连升;温猛;钱艳楠;王锐;郝铭;;Yb:Er:Tm:LiTaO_3的上转换发白光性能研究[J];中国稀土学报;2011年01期
10 单秉锐,邹玉林,刘燕行,臧竞存;上转换激光晶体研究进展[J];人工晶体学报;2004年05期
11 程干超;上转换激光器研究进展[J];光电子技术与信息;1994年05期
12 钟诚;;稀土上转换纳米荧光探针的制备与应用[J];四川化工;2017年01期
13 陈俊;王青松;;基于OLED显示单元的红外上转换器件研究进展[J];中国光学;2015年01期
14 周亚训;戴世勋;周灵;徐铁峰;聂秋华;黄尚廉;;掺铒碲酸盐玻璃中的协作上转换能量转移[J];物理学报;2009年02期
15 徐东勇,臧竞存;上转换激光和上转换发光材料的研究进展[J];人工晶体学报;2001年02期
16 余意;吴笑峰;;上转换荧光纳米探针的制备及其在染料检测上的应用[J];科技视界;2016年11期
17 蔡志彬;刘立芬;孔成;朱耀信;;新型蓝色上转换荧光分子的合成、表征与双光子吸收性能[J];物理化学学报;2014年01期
18 刘名扬;王秀庭;;上转换荧光强度与激光功率的关系[J];装甲兵工程学院学报;2011年03期
19 王金国,张治国,徐积仁,傅盘铭,闫秀丽,吴星,姜彦岛;掺铒矾酸钇晶体上转换荧光研究[J];物理学报;1998年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 韩庆鑫;刘伟生;;血清中的抗坏血酸上转换纳米探针[A];第十四届固态化学与无机合成学术会议论文摘要集[C];2016年
2 严冬;杨正文;竺侃;;A1_2Y_4O_9:Yb,Er反蛋白石中的上转换发射和颜色调谐[A];战略性新兴产业的培育和发展——首届云南省科协学术年会论文集[C];2011年
3 高伟;李娇;高当丽;田宇;崔敏;孙瑜;阎晓庆;郑海荣;;颗粒形貌对六方相NaYbF_4:Pr~(3+)纳米晶体上转换荧光的影响[A];第七届全国稀土发光材料学术研讨会会议论文摘要集[C];2011年
4 刘明丽;李继山;杨荣华;;核壳型上转换荧光纳米探针用于一氧化氮的检测及成像研究[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第04分会:纳米生物传感新方法[C];2014年
5 李建地;李兴妍;白玉臻;李晶瑞;时国庆;弓爱君;;稀土上转换材料的基质选择及应用研究[A];第十七届全国稀土分析化学学术研讨会论文集[C];2019年
6 袁荃;;核酸适配体功能化稀土上转换纳米材料[A];第十三届固态化学与无机合成学术会议论文摘要集[C];2014年
7 臧竞存;邹玉林;刘燕行;单秉瑞;;上转换激光晶体研究进展[A];中国硅酸盐学会2003年学术年会论文摘要集[C];2003年
8 谷战军;田甘;赵玉亮;;荧光上转换纳米材料的光谱调控及其在生物医学中的应用[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第35分会:纳米生物医学中的化学问题[C];2014年
9 李乐乐;;上转换纳米晶的表面生物功能化及纳米探针构建[A];中国稀土学会2017学术年会摘要集[C];2017年
10 李娇;高伟;高当丽;田宇;郑海荣;;四方相LiYF4:Yb/Er晶体颗粒的合成及上转换荧光研究[A];2011西部光子学学术会议论文摘要集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 索浩;基于FIR技术的稀土掺杂上转换测温材料特性研究[D];西北大学;2019年
2 李贞;基于夹层结构上转换纳米颗粒的荧光共振能量转移探针的设计及应用[D];武汉大学;2016年
3 王冉;稀土上转换纳米晶中的红外激光诱导热效应及传感特性研究[D];哈尔滨工程大学;2018年
4 赵小奇;稀土掺杂氧化物上转换微/纳米晶的可控合成及光谱调控[D];西北大学;2018年
5 吴园;基于核酸适体的多功能上转换纳米探针的研究[D];湖南大学;2018年
6 韩仁璐;稀土上转换/介孔硅纳米材料制备及抗肿瘤应用研究[D];哈尔滨工业大学;2018年
7 丁玉洁;上转换纳米材料的制备、组装及荧光传感[D];南京大学;2013年
8 田碧凝;用单颗粒成像技术研究上转换纳米粒子[D];大连海事大学;2019年
9 李登豪;上转换纳米颗粒表面状态的控制和应用[D];浙江大学;2019年
10 王方方;无标记稀土上转换纳米探针的构建及生物分析应用研究[D];华东师范大学;2019年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 冯朋朋;可见—红外光响应光催化复合材料制备及光催化性能研究[D];安徽理工大学;2019年
2 黄绍祚;稀土掺杂上转换光波导传输及定向发射研究[D];陕西师范大学;2019年
3 张昌健;皇冠状稀土掺杂上转换波导的发射和传输研究[D];陕西师范大学;2019年
4 陈敏;茶叶中重金属残留的上转换荧光检测方法研究[D];江苏大学;2019年
5 邵帅;稀土掺杂NaYF_4的合成、表面修饰及生物应用研究[D];长春理工大学;2019年
6 刘雪;808nm红外光响应氧化物上转换发光材料及其荧光增强研究[D];西北大学;2019年
7 张朝光;基于提高太阳能电池效率的上转换材料的制备及吸光层的研究[D];长安大学;2019年
8 王伟华;Gd_2O_3上转换荧光纳米材料在肿瘤光动力治疗中的应用研究[D];青岛科技大学;2019年
9 肖双喜;异质金属离子掺杂NaYF_4的合成及上转换性能的研究[D];东华理工大学;2019年
10 张小梅;全息聚合物/液晶/棒状上转换纳米晶复合材料的结构与性能[D];华中科技大学;2019年
中国重要报纸全文数据库 前5条
1 刘刚;稀土上转换纳米智能探针研究取得新进展[N];中国有色金属报;2016年
2 通讯员 张华 记者 冯国梧;近红外光让药物“制导”更快更准[N];科技日报;2016年
3 才语;转换观念 找准方法 开创转型发展新局面[N];淮南日报;2014年
4 郑原驰 记者 李林岩;我省8项成果喜获国家科学技术奖[N];吉林日报;2012年
5 魏晓东 中央社会主义学院教授;培育新“两农”进入中产阶层[N];中国经济时报;2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978