稀土离子发光材料
摘要：稀土因其独特的发光性能而在颜色显示、照明、光纤通讯、防伪等领域有着广泛的应用，始终是材料学与物理学的一个研究热点。尤其是稀土红外上转换发光材料，除具有光化学稳定性好、荧光寿命长、吸收和发射带窄、生物毒性小这些特点之外，还因使用红外光激发而拥有更深的光穿透能力、对生物组织损伤小、无荧光背景等优点，使得能将其构建成生物荧光探针，在生物医学荧光成像上显示出巨大的现实与潜在应用前景。本论文还详细介绍了稀土离子发光材料的水热合成等主要制备方法以及利用X射线衍射仪[1]、场发射扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪等测试手段对材料进行了表征。通过反复实验，确定了最佳的制备条件；对样品进行稀土元素掺杂，研究体系的发光性能，以期获得形貌可控、性能优越的上转换发光材料。
关键词：稀土离子； 发光性能； 上转换发光； 水热合成
- 稀土离子发光材料相关文献综述
(一)前言
多色发光纳米材料由于其丰富的发光颜色可广泛应用于彩色显示[2]、发光器件、生物标记与成像等领域，因此对其发光颜色的调节引起了材料学、化学、物理学及医学等诸多领域科研工作者的广泛兴趣。传统的量子点等下转换纳米材料，可以很容易通过控制其带宽实现多色发光输出调节，然而由于它们自身的一些问题如细胞毒性、光和化学不稳定性等使它们的应用受到了限制。
作为一种新型的发光材料，上转换发光材料能够吸收两个或两个以上低能光子，然后发射出一个高能光子，将低能的长波光子转换为高能的短波光子[3]，其中稀土氟化物纳米材料由于具有高的光稳定性、化学稳定性、低的声子能量以及可有效的将近红外光转变为可见光等特性，可避免传统的有机染料和量子点等下转换发光材料的许多缺点，并展示出一系列独特的优势：如窄带发射、大的反位移、长发光寿命、低生物毒性；另外还有近红外光作为其激发光源带来的许多优势，例如深的光穿透深度、对生物组织几乎无损伤、无生物背景荧光干扰信噪比高、可避免紫外光对生物组织的光损伤、激光器造价低、易于普及等，这些特征使稀土上转换发光材料在显示、光学存储、生物分析成像、光动力学治疗等许多方面展示出广阔的应用前景，吸引了众多研究人员的关注，近年来得到了迅速发展。
目前所使用的氟化物上转换纳米材料[4]的颜色仍然单一，满足不了其在光子学、生物多通道检测、彩色成像等许多领域中的应用需求，因此，发展具有多色发光性能的稀土氟化物上转换纳米材料是一个很迫切的任务。目前己经开发了一些方法来得到多种发光颜色，如通过改变掺杂不同的镧系离子、控制掺杂离子浓度以及在表面包覆一层荧光层等方法调节稀土氟化物上转换纳米材料的发光颜色，制备具有多种上转换发光颜色的稀土氟化物纳米粒子。
能够有效实现上转换发光的镧系离子种类有限，限制了氟化物上转换纳米材料的发光颜色；高浓度的掺杂离子和多种离子同时存在会引起它们间的交叉弛豫导致能量损失；而在纳米粒子表面再增加一层染料和量子点来调节氟化物上转换发光颜色的方法却避免不了由荧光染料和半导体量子点分别带来的光稳定性和细胞毒性等问题，因此，研究建立简单、有效的调节氟化物上转换纳米材料多色发光的普遍性方法，制备出具有多色发光性能的稀土氟化物上转换纳米粒子对于丰富上转换纳米材料发光颜色、拓展其应用范围、促进应用技术发展具有重要的意义。
1.1 稀土发光材料
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