《光頻上轉換的材料尺寸效應研究》是依託吉林大學，由秦偉平擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：光頻上轉換的材料尺寸效應研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：秦偉平
- 依託單位：吉林大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
光頻上轉換是一種重要的物理學方法；基於上轉換原理的材料和器件在雷射、太陽能電池、醫療、軍事、航空航天和日常生活中有著十分誘人的套用前景。然而，高的激發光功率和低的轉換效率是限制這些套用的關鍵因素。上轉換髮光的材料尺寸效應的發現為消除這些限制提供了可能。對這種尺寸效應進行系統的研究不僅可以豐富人們對微納材料中物理規律的認識，而且可能為上述套用找到新的材料設計依據。本項目擬在項目組前期工作的基礎上通過對微納材料中上轉換尺寸效應的深入研究，從基本物理（動力學）過程、材料實現條件兩個方面展開系統的探索，並預期實現如下研究目標：1、規範這種尺寸效應，從理論上闡明其機理；2、闡明尺寸效應對高階多光子上轉換過程的增強機制；3、製備出低激發閾值的上轉換髮光材料，闡明弱光激發下微納材料中上轉換布居的特徵；4、得到高效低閾值材料在生物信息探測、太陽能電池等套用中的關鍵參數；5、獲得相關關鍵技術的自主智慧財產權。
結題摘要
光頻上轉換是一種重要的物理學方法；基於上轉換原理的材料和器件在雷射、太陽能電池、醫療、軍事、航空航天和日常生活中有著十分誘人的套用前景。然而，高的激發光功率和低的轉換效率是限制這些套用的關鍵因素。上轉換髮光的材料尺寸效應的發現為消除這些限制提供了可能。本項目首次報導了納米材料中短波長上轉換髮光增強現象，發現了高階光子上轉換過程的“小尺寸效應”，提出並論述了納米尺度下高階上轉換過程中電子布居的尺寸依賴關係，解決了長期困擾發光學領域的高階多光子上轉換過程中高能級電子布居實現的方法問題。觀察到了尺寸依賴的上轉換髮光；提出並論述了納米尺度下高階上轉換布居過程的尺寸依賴性，確定納米材料更加有利於高階多光子上轉換布居過程的發生；發現了納米材料中稀土離子高階多光子上轉換髮光增強的本質因素，解決了長期困擾研究領域的高階多光子上轉換實現的方法問題。我們在國際上首先發現了稀土離子上轉換布居過程與材料尺寸的依賴關係；報導了隨著尺寸的減小布居通道會發生變化並導致上轉換髮射顯著增強。利用水熱法，我們製備了稀土摻雜氟化物納米晶並發現它們具有非常強的光頻上轉換能力；在低功率連續紅外光激發下，我們首次觀察到了納米材料中Er3+ 離子的高亮度綠色上轉換髮光。進一步的研究表明，在納米尺度下稀土上轉換髮光特性不僅呈現出明顯的材料尺寸依賴特徵，而且高階多光子上轉換髮射變得相對容易，顯示出明顯的尺寸/形貌依賴性。因此，我們提出了上轉換髮光的“小尺寸效應”這個新的概念，並論證了這種“小尺寸效應”完全不同於半導體納米材料的量子尺寸效應。在隨後開展的氟化物納米上轉換髮光材料的研究中我們證實了最初的想法，在 Yb、Tm共摻雜納米材料中首次實現了5光子上轉換髮射並成功地觀察到了290 nm的紫外發光，發現了高階光子過程隨著尺寸變化的規律，證實了我們提出的紫外上轉換過程中“小尺寸效應”的科學性。項目獲得吉林省自然科學獎一等獎一項，獲得中國發明專利授權9件，新申請發明專利11件，發表學術論文和學術報告總計66篇；其中，SCI論文47篇，項目負責人秦偉平教授作國內/國際學術會議大會邀請報告8次，出站博士後1名；10人獲得博士學位；5人獲得碩士學位，項目負責人秦偉平獲得吉林省“長白山學者特聘教授”稱號。
