【摘 要】
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上转换发光材料一般由无机晶体和镧系离子组成,由于镧系离子独特的能级结构,使得上转换材料具有发射峰窄、化学稳定性好、组织穿透深度大及无自发背景荧光效应等优点。因此,上转换材料在光热治疗、温度传感及防伪领域都表现出巨大的应用前景。近年来,寻找稳定性好且具有优异发光性能的上转换材料已经成为研究的热点。众所周知,基体和形貌对于上转换材料的性能具有显著影响。氟化物由于声子能量低一直以来在上转换领域占据重要的
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上转换发光材料一般由无机晶体和镧系离子组成,由于镧系离子独特的能级结构,使得上转换材料具有发射峰窄、化学稳定性好、组织穿透深度大及无自发背景荧光效应等优点。因此,上转换材料在光热治疗、温度传感及防伪领域都表现出巨大的应用前景。近年来,寻找稳定性好且具有优异发光性能的上转换材料已经成为研究的热点。众所周知,基体和形貌对于上转换材料的性能具有显著影响。氟化物由于声子能量低一直以来在上转换领域占据重要的地位,但其化学稳定性较差,这在一定程度限制了它在实际中的使用。而我们所熟知的氧化物虽然具有较大声子能量,但其具有优异的稳定性并且合成过程简单。所以,以氧化物为基体的上转换材料激起人们广泛的研究兴趣。除此之外,一维纳米纤维状（1D）的材料由于在长度上不受纳米尺度的控制,拥有较大的比表面积,而有利于光子的传输并获得较高的发光效率。基于此,本文的研究内容主要包括:（1）利用静电纺丝法合成了Bi2Ti2O7:Tm3+/Yb3+(Tm3+/Yb3+=1:2-20)纳米线。在980 nm激光器的照射下,材料表现出明显的蓝色上转换发光,最佳掺杂浓度为1:8并研究了其发光机理。随后,在300-505 K范围内研究了材料的温度传感性能。结果表明材料在300 K时的最大相对灵敏度为2.4%K-1,证实了所合成材料在纳米温度传感器中的应用潜力。此外,我们同时利用红外热像仪与FIR技术测量发热物体的表面温度,结果表明,与红外热像仪相比,所合成的材料在物体表面温度探测方面更有优势。（2）由于有效的调控上转换材料的发光颜色可以丰富其功能,拓宽其应用。因此,采用静电纺丝法制备了 Bi2Ti2O7:Yb3+/Er3+（0:1,4:1,8:1,15:1,20:1）纳米线,通过调节Yb3+离子的掺杂浓度,实现了对颜色从橙红色到黄绿色的调控。之后,在298-538 K范围内研究了 Bi2Ti2O7:Yb3+/Er3+（4:1,15:1）的温度传感性能,结果表明Bi2Ti2O7:Yb3+/Er3+纳米线的温度传感性能与Yb3+的掺杂浓度有关。Bi2Ti2O7:Yb3+/Er3+（4:1）和 Bi2Ti2O7:Yb3+/Er3+（15:1）纳米线在298K时获得最大相对灵敏度,分别为1.53%K-1,1.28%K-1。最后,为了研究形貌对材料温度传感性能的影响,直接将静电纺丝前驱液进行退火处理,得到了Bi2Ti2O7:Yb3+/Er3+（4:1）颗粒,该材料在298K时的最大相对灵敏度为1.26%K-1。证实了对于Bi2Ti2O7材料而言,一维结构更有利于获得较高的温度灵敏度。（3）由于高的发光纯度对于发光材料的应用具有重要意义,因而采用静电纺丝法制备了 Bi2Ti2O7:Yb3+/Ho3+（4:1,6:1,8:1,10:1,15:1,20:1）纳米线。在980 nm激光器的照射下,记录了不同掺杂浓度的材料的光谱,所有样品都表现出高纯的绿色发射,发射强度最大时的浓度为10:1。之后,在298-498K范围内研究了材料的温度传感性能,Bi2Ti2O7:Yb3+/Ho3+纳米线在498 K时表现出最大相对灵敏度为2.44%K-1。从多功能的角度出发,利用猪肉组织研究了材料的光热性能,在用808 nm激光器,0.97 W/cm~2的功率照射15 min后,猪肉组织的温度上升了 11K左右。（4）从实际应用的角度出发,通过溶胶-凝胶法合成了一系列Bi2Ti4O11:xYb3+/0.02Er3+（x=0.1,0.2,0.4）纳米粒子,并在近红外（NIR）激发下实现了红色、黄色和绿色的上转换发光。进一步地,通过静电纺丝技术设计了基于热塑性聚氨酯（TPU）的新型防伪柔性薄膜。研究了薄膜的微观形貌、光学性能及拉伸性能等。在防伪应用过程中,我们可以将980 nm的激光器作为一支画笔,在薄膜上画出任意的图案,并且该图案可以用流光相机记录下来,打破了传统防伪只能显示特定图案的缺陷。
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