《基於上轉換髮光材料的多功能集成納米加熱器研究》是依託東南大學，由邵起越擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於上轉換髮光材料的多功能集成納米加熱器研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：邵起越
- 依託單位：東南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
光熱轉換納米材料（或稱光學納米加熱器）在生物醫學、微流控晶片和光學存儲等領域有著重要套用。以NaYF4:Yb3+, Er3+為代表的上轉換納米顆粒以其獨特的發光性質和誘人的套用前景，成為稀土發光材料領域的研究熱點。但上轉換納米顆粒的量子效率較低（＜1%），大部分吸收能量以下轉換髮光或聲子發射無效用釋放，如將這部分能量高效轉換為熱，則可開發一種新型的光熱轉換材料，其同時又具備實時螢光成像和遠程溫度監控功能。本項目擬以NaYF4:Yb3+,Er3+上轉換納米顆粒為研究對象，在闡明其內部能量轉移主要途徑的基礎上，通過組分調整、核殼結構設計和染料分子表面修飾等手段，提高其光熱轉換效率和光吸收率，調控光熱轉換和上轉換髮光之間的競爭關係，在單一化合物納米顆粒平台上實現光熱轉換、上轉換髮光和溫度感測多功能高效集成。本課題將為上轉換材料的多功能集成及其套用領域的拓展提供新的思路。
結題摘要
上轉換納米顆粒因其獨特的發光特性，在生物醫學、光伏電池等領域極具套用前景。上轉換納米顆粒的量子效率較低（＜1%），大部分吸收能量以下轉換髮光或聲子發射無效用釋放，如將這部分能量高效轉換為熱，則有望在單一上轉換納米顆粒上同時實現上轉換髮光、溫度感測和光熱轉換多種功能。本項目在系統研究顆粒尺寸、Yb3+濃度、Er3+濃度、以及其它離子摻雜（Ce3+、Dy3+、Ho3+、Nd3+、Tb3+、Tm3+）對上轉換納米顆粒上轉換髮光、光熱轉換和溫度感測性能影響規律的基礎上，在小尺寸NaGdF4:Yb3+, Er3+（~8nm）單一結構納米顆粒實現了上轉換髮光、順磁性能、溫度感測和光熱轉換等多種功能的集成，可在光熱治療的同時實現溫度實時監控和成像實時觀察，在生物醫學領域具有很好的套用前景。並分別通過“發光”核-“發熱”殼的核殼結構設計（解決“發光”過程和“發熱”過程的競爭）和染料分子表面修飾（提高納米顆粒的吸收率），實現了上轉換髮光和光熱轉換性能的協同增強。 此外，超小納米晶的組分可控制備和低的發光效率仍是制約上轉換納米晶實際套用的關鍵材料學問題。本項目揭示了β-NaYF4基上轉換納米晶的生長機制，開發了納米晶尺寸與形貌的有效控制技術，特別是發展了超小（約10nm）β-NaYF4基上轉換納米晶的合成工藝路線。首次發現小尺寸β-NaYF4:Yb3+, Ln3+（Ln=Er, Tm, Ho）納米晶隨著溫度的升高，具有反常的上轉換髮光強化現象。並且，這一發光熱致增強現象呈現尺寸依賴性。指出了這一反常現象可能與納米材料內部的聲子限制效應有關，這一結果為全面理清決定上轉換髮光輸出的關鍵因素以及進一步最佳化上轉換納米晶組分和微結構設計提供了重要思路，並基於此新效應發展了上轉換納米材料在溫度顏色指示和新型防偽技術領域的套用。 項目研究成果為上轉換納米晶的高質量合成、發光性能的改善以及套用領域的拓展提供了新的思路。本項目共發表SCI論文10篇，獲得授權專利4項。
