金屬/稀土複合膠體納米發光材料的光學性質研究

《金屬/稀土複合膠體納米發光材料的光學性質研究》是依託吉林大學，由白雪擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：金屬/稀土複合膠體納米發光材料的光學性質研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：白雪
• 依託單位：吉林大學

項目摘要

金屬的表面電漿共振對發光體的螢光增強效應與機理是光和物質相互作用領域的重要科學問題,也是難點的問題。本項目擬合成金屬納米粒子與稀土氧化物納米晶複合的溶膠材料並控制其尺寸、結構、形貌和相互間作用距離並深入研究其結構與光學性質。通過消光光譜、激發與發射光譜及螢光動力學過程以及量子效率的表征確定產生螢光增強現象的最佳條件，探索這種能量傳遞產生的條件以及傳遞機制，建立理論模型；通過波長選擇激發研究金屬的存在對發光中心局域環境和晶體場的影響。深入揭示金屬與稀土納米晶相互作用的機理和螢光增強現象產生的物理實質。本項目不僅具有重要的基礎理論探索價值，還將為實現稀土納米晶在生物探針領域的套用提供高效的螢光材料。

結題摘要

由於金屬納米粒子具有強的表面等離子共振吸收(SPR)，可以做為吸收天線與稀土發光中心相互作用使發光材料發射增強，因此這方面的研究引起了極大關注。近些年來眾多課題組試圖設計合成金屬與稀土複合納米材料獲得高效的發光，研究結果一般將發光增強的機制歸因於三個因素：1、SPR與發光中心的發射光場耦合使其輻射躍遷速率增加，導致螢光增強；2、SPR與入射光場耦合，增強了輻射光場從而使螢光增強；3、金屬納米顆粒與發光中心的能量傳遞敏化發光。但這些結論往往缺乏可靠的實驗依據。為了深入的揭示金屬SPR與納米材料中稀土發光中心相互作用的本質，在過去的四年中，我們選擇不同的材料體系（膠體材料、薄膜材料以及粉體材料），通過實驗表征與理論推導，系統揭示了金屬與稀土離子發光相互作用的機制，得到了重要而有意義的研究結果，具體如下： 1、在金屬/稀土複合納米膠體材料體系中，我們發現無論是上轉換髮光還是下轉換髮光，金屬對稀土離子發光的主要影響源於界面效應，而不是傳統報導的SPR與稀土發光中心的耦合。由於金屬與稀土的界面有效的隔離了稀土發光中心與膠體溶液的相互作用，從而有效地降低了無輻射躍遷速率，從而使發光增強。 2、在稀土氧化物與金屬的複合核殼結構中，我們發現金屬殼層不但能夠敏化稀土的發光增強，而且能夠有效的降低其激發閾值並使激發譜帶展寬，在這一的結構中，濃度猝滅和溫度猝滅被有效抑制。我們利用光電導與熱電導實驗對稀土氧化物寬頻發射和螢光增強的機制進行了分析，並給出了增強機制的物理模型。 3、利用自組裝的方法合成了一些列金屬/稀土複合的薄膜材料，在薄膜材料中我們發現金屬薄膜的消光特性與吸收特性是影響發光增強的重要因素。金屬SPR對光的吸收導致稀土發光中心局部溫度升高，從而使無輻射弛豫增加猝滅發光；而金屬薄膜對入射光的漫反射可以使SPR產生顯著的場增強效應從而敏化發光。我們利用這一原理，設計製備了不同的複合薄膜，通過結構和形貌的調製最佳化，可使稀土離子上轉換提高兩個數量級。 上述工作共發表SCI論文28篇，其中影響因子大於10的論文2篇，影響因子大於3的論文20篇。按計畫順利完成了任務書中所涉及內容。