1、Up Conversion Photoluminescence Mechanism and Its Applications姓名：姓名： l1959年，Bloemberge在Physical Review Letter上發(fā)表文章提出，用960nm的紅外光激發(fā)多晶ZnS，觀察到了525nm綠色發(fā)光。l1966年，Auzel在研究鎢酸鐿鈉玻璃時，發(fā)現(xiàn)當(dāng)基質(zhì)材料中摻入Yb3+離子時，在紅外光激發(fā)下Er3+、Ho3+和Tm3+離子的可見發(fā)光提高了兩個數(shù)量級，由此正式提出了“上轉(zhuǎn)換發(fā)光”的觀點。 上轉(zhuǎn)換發(fā)光又稱為反-斯托克斯發(fā)光（Anti-Stokes），斯托克斯定律認(rèn)為材料只能受到高能量波長短的光激發(fā)

2、，發(fā)出低能量長波長的光。而上轉(zhuǎn)換發(fā)光認(rèn)為長波長光激發(fā)下，可持續(xù)發(fā)射波長比激發(fā)波長短的光。根據(jù)根據(jù)基質(zhì)材料基質(zhì)材料可分為可分為5類，包括類，包括氟化物、氧化物、氟氧化物、氟化物、氧化物、氟氧化物、鹵化物和含硫化合物鹵化物和含硫化合物。其中就上轉(zhuǎn)換發(fā)光效率而言，一般認(rèn)為氯化物氟化物氧化其中就上轉(zhuǎn)換發(fā)光效率而言，一般認(rèn)為氯化物氟化物氧化物，這是單純從材料的聲子能量方面來考慮的，這個順序恰與物，這是單純從材料的聲子能量方面來考慮的，這個順序恰與材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性順序相反。材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性順序相反。NaYF4是目前上轉(zhuǎn)換發(fā)光效率最高的基質(zhì)材料是目前上轉(zhuǎn)換發(fā)光效率最高的基質(zhì)材料 可以把上轉(zhuǎn)換過程歸結(jié)為三種形

3、式：激發(fā)態(tài)吸收、能量傳遞及光子雪崩機(jī)理1959 年年 Bloembergen 等人提出的等人提出的 , ,其原理是其原理是同一個離子從基態(tài)能級同一個離子從基態(tài)能級通過連續(xù)的多光子吸收通過連續(xù)的多光子吸收到達(dá)能量較高的激發(fā)態(tài)到達(dá)能量較高的激發(fā)態(tài)能級的一個過程。能級的一個過程。連續(xù)能量轉(zhuǎn)移( SET ) ，一般發(fā)生在不同類型的離子之間交叉馳豫( CR) ，CR可以發(fā)生在相同或不同類型的離子之間 合作上轉(zhuǎn)換 ( CU) ，發(fā)生在同時位于激發(fā)態(tài)的同一類型的離子之間l1979 年Chivian等研究Pr 3 + 離子在 LaCl 3 晶體中的上轉(zhuǎn)換發(fā)光時首次提出。 “光子雪崩”是 ESA 和 ET 相結(jié)

4、合的過程1 可見光轉(zhuǎn)換為紫外光（Vis-to-UV） 2 近紅外光轉(zhuǎn)換為紫外光（ NIR-to-UV ）3 近 紅 外 光 轉(zhuǎn) 換 為 可 見 光（NIR-to-Vis）上轉(zhuǎn)換合成的方法：上轉(zhuǎn)換合成的方法： 1.高溫固相法合成法高溫固相法合成法 2.水熱合成法水熱合成法 3.溶膠溶膠-凝膠法凝膠法 4.共沉淀法共沉淀法（一）高溫固相法合成法 利用所需氧化物高純粉料,按化學(xué)計量比配料混合均勻, 經(jīng)高溫煅燒后形成具有一定粒度的上轉(zhuǎn)換發(fā)光粉料16。是目前合成上轉(zhuǎn)換材料的主要方法之一。 影響因素：溫度、壓力、反應(yīng)時間、添加劑優(yōu)點：微晶的晶體質(zhì)量優(yōu)良，表面缺陷少，發(fā)光效率高，操優(yōu)點：微晶的晶體質(zhì)量優(yōu)良，

5、表面缺陷少，發(fā)光效率高，操 作簡便，工藝成熟，便于進(jìn)行工業(yè)化。作簡便，工藝成熟，便于進(jìn)行工業(yè)化。 缺點：需要較高的溫度，材料容易被氧化，合成的粉體燒缺點：需要較高的溫度，材料容易被氧化，合成的粉體燒結(jié)結(jié) 性能不理想。性能不理想。 應(yīng)用：合成眾多的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料，如：碲酸鹽玻璃、應(yīng)用：合成眾多的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料，如：碲酸鹽玻璃、ZBLAN 玻璃、鉍酸鹽玻璃、硼酸鹽玻璃、氧氯鉍鍺酸鹽玻玻璃、鉍酸鹽玻璃、硼酸鹽玻璃、氧氯鉍鍺酸鹽玻璃等璃等（二）水熱合成法 在水熱條件下，反應(yīng)物以各種配合物的形式進(jìn)行溶解。 優(yōu)點：所需溫度低、生成過程容易控制、合成材料晶相好，物相均勻，產(chǎn)率高。 應(yīng)用：合成了多種上轉(zhuǎn)換材料

6、：NaYF4：Ho3+、Tm3+、Yb3+，YLiF4：Er3+、Tm3+、Yb3+，KZnF3:Er3+、Yb3+等（三）溶膠（三）溶膠- -凝膠法凝膠法 用含高化學(xué)活性組分的化合物前驅(qū)體用含高化學(xué)活性組分的化合物前驅(qū)體, , 在液相下在液相下將這些原料均勻混合將這些原料均勻混合, , 并進(jìn)行水解、縮合反應(yīng)并進(jìn)行水解、縮合反應(yīng), , 在溶液中在溶液中形成穩(wěn)定的透明溶膠體系。溶膠經(jīng)陳化膠粒間緩慢聚合形成穩(wěn)定的透明溶膠體系。溶膠經(jīng)陳化膠粒間緩慢聚合, , 形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的凝膠形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的凝膠, , 凝膠經(jīng)干燥、燒結(jié)得到所需產(chǎn)凝膠經(jīng)干燥、燒結(jié)得到所需產(chǎn)品品1717。是一種濕化學(xué)合成法。是一

7、種濕化學(xué)合成法。分類：水溶液溶膠分類：水溶液溶膠- -凝膠法、醇鹽溶液凝膠法、醇鹽溶液- -凝膠法凝膠法（四）共沉淀法（四）共沉淀法 又稱又稱“化學(xué)沉積法化學(xué)沉積法”，以水溶性物質(zhì)為原料，通，以水溶性物質(zhì)為原料，通過液相化學(xué)反應(yīng)，生成難溶物質(zhì)前驅(qū)化合物從水溶液中沉過液相化學(xué)反應(yīng)，生成難溶物質(zhì)前驅(qū)化合物從水溶液中沉淀出來，經(jīng)過洗滌、過濾、煅燒熱分解而制得超細(xì)粉體發(fā)淀出來，經(jīng)過洗滌、過濾、煅燒熱分解而制得超細(xì)粉體發(fā)光材料。光材料。 影響因素：溶液組成、濃度、溫度、時間等。影響因素：溶液組成、濃度、溫度、時間等。優(yōu)點：操作簡單、流程短、能直接得到化學(xué)成分均一的粉體優(yōu)點：操作簡單、流程短、能直接得到化

8、學(xué)成分均一的粉體材材 料，可精確控制粒子的成核和長大，得到粒度可控、料，可精確控制粒子的成核和長大，得到粒度可控、分分 散性較好的粉體材料散性較好的粉體材料缺點：影響因素多、形成分散粒子的條件苛刻、沉淀劑容易缺點：影響因素多、形成分散粒子的條件苛刻、沉淀劑容易作作 為雜質(zhì)混入沉淀物、各成分分離困難、沉淀劑不溶于為雜質(zhì)混入沉淀物、各成分分離困難、沉淀劑不溶于水、水、 對多組分制備有一定的局限性等。對多組分制備有一定的局限性等。應(yīng)用：應(yīng)用： a a、以氨水為沉淀劑，制備出性能良好的、以氨水為沉淀劑，制備出性能良好的Er3+Er3+：Y Y2 2O O3 3上轉(zhuǎn)上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米粉。換發(fā)光納米粉。 b b、以、以EDTAEDTA為螯合劑，合成納米級為螯合劑，合成納米