《介質結構對發光材料光躍遷性能的調控研究》是依託中國科學技術大學，由韋先濤擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：介質結構對發光材料光躍遷性能的調控研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：韋先濤
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
稀土納米結構發光材料在生物醫學、新型感測等方面有巨大的套用前景，目前正向多結構組合納米材料與器件迅猛發展。材料的發光性能依賴於對激發光的吸收情況和發光躍遷速率及量子效率，而光吸收和自發輻射等光躍遷的性能與納米結構及環境介質密切相關。本項目擬從三個角度開展研究：（1）研究單一介質中發光中心的光躍遷性能對介質折射率的依賴，利用實驗結果對既有的實腔模型和虛腔模型進行檢驗；（2）在（1）的基礎上，研究有廣泛套用的納米多層結構中稀土離子光躍遷性能與介質結構和折射率的關係，並對既有理論模型進行必要的擴充和發展；（3）探索貴金屬-稀土納米多層複合結構中金屬納米顆粒的尺寸和形貌等參數對發光中心光躍遷性能的調控。通過上述多方面的研究，全面和系統地認識發光中心光躍遷性能對環境介質的依賴關係。期望最終可以通過改變周圍環境介質，調控發光中心的光躍遷性能如提高材料的發光效率和發光強度等。
結題摘要
稀土摻雜的發光材料作為一類重要的固體功能材料不僅被廣泛套用於照明、顯示、雷射、高能探測等諸多傳統領域，近年來其在能源高效利用、可再生能源和生物醫學感測等重大戰略需求領域或新興領域的套用或潛在套用價值也獲得了廣泛的關注。稀土發光材料也從傳統的摻稀土離子的晶體或粉末（絕緣體）等單一介質材料向具有多層納米結構的複合多功能材料發展。這些材料的共性是通過操控稀土摻雜離子所處的環境（配位環境及介質環境）來調控光吸收、自發輻射和非輻射過程，從而實現對其發光性能的調控。因此，全面和系統地探索發光中心光躍遷性能對環境介質的依賴關係具有非常重要的意義。本項目從多個角度出發研究了自發輻射、光吸收等光躍遷過程的性能與納米結構及環境介質之間的關係。在單一介質體系中研究了發光中心的自發輻射速率對介質折射率的依賴，並利用實驗結果對既有的實腔模型和虛腔模型進行檢驗。我們利用Eu3+離子作為螢光探針，在矽酸鹽、碲酸鹽玻璃基質體系中通過調節玻璃的組份控制折射率的大小，測試並分析了光躍遷的電偶/磁偶極躍遷的強度比值、衰減壽命隨玻璃折射率的變化，研究了局域場效應對電偶極躍遷的影響。研究結果表明對於固體中孤立的正的發光中心離子，局域場效應對自發輻射速率的影響一般符合虛腔模型。進一步，在NaYF4:Eu/NaYF4納米多層結構材料中，對稀土離子光躍遷性能與介質結構的關係進行了研究。結果顯示相對於5D0而言，核殼結構的納米顆粒中Eu3+的5D2的發射強度比單純的核納米顆粒中Eu3+的5D2發射要強，同時也觀察到了較長的5D2衰減壽命。利用發射譜估算了5D0的自發輻射速率，並結合實驗上測得的5D0的衰減壽命給出了5D0的內量子效率，結果與考慮局域場效應的預測相符，同時也很好地印證了納米材料的表面效應。此外，我們還在釩酸鹽材料中，基於陽離子替換研究了陽離子半徑大小對材料吸收性能的調製，研究結果表明隨著基質陽離子半徑的減小和Bi3+的摻入，材料的有效激髮帶發生了非常明顯的紅移。這極大地提高了材料在近紫外波段激發下的激發效率，使其有望成為一種新型的近紫外激發的高效紅色螢光粉材料。
