发射波长可调的长余辉纳米材料的制备及其性能研究

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长余辉发光材料是一种具有优秀光学性能的材料,它能够吸收外界的紫外、可见光等光辐照的能量并存储起来,当停止照射一段时间后,在一定条件下会将存储的能量以发光的形式缓慢释放出来。离子掺杂型长余辉发光发光材料是一种重要的光致发光材料,具有制备工艺简单、发光性能稳定、可重复性强等优点,而且可以通过掺杂或共掺杂不同中心离子来实现发光波长的调控,以此来制备不同基质和掺杂离子且发光性能各异的长余辉材料,这也是制备发光材料的重要手段之一。长余辉发光材料已广泛应用于生物医学、传感检测、建筑装饰、信息储存、防伪加密、安全应急指示等方面。近年来,发射波长可调的长余辉纳米材料因为其特殊的光学性质,可以应用于不同的领域而成为研究的热点课题。我们选用不同的基质材料和掺杂离子,制备了两种发射波长可调的长余辉发光材料,本论文的主要研究内容及结果如下:(1)以Zn(NO3)2、SiCl4、Ga(NO3)3为原料,以水热和煅烧结合的方法,成功制备了具有双波长的Zn2SixO4:Ga0.01(ZSO:Ga)长余辉纳米材料。通过调整前驱体溶液中的p H和Si的含量,优化了ZSO:Ga的余辉发光性质。通过X射线衍射仪和透射电子显微镜的物相和形貌的测试,分析了ZSO:Ga的物质组成;通过磷光发射光谱和激发光谱研究了ZSO:Ga的发光性能;通过余辉衰减光谱和近红外余辉成像研究了ZSO:Ga的余辉性能。最终ZSO:Ga的最佳合成条件是p H=7、Si含量为1.1。在254 nm紫外光激发下,ZSO:Ga可以产生以417 nm为中心的300~600 nm波段和770 nm为中心的650~850 nm波段的光。且两个波长下都有较好的余辉性能,在近红外区可以观察到持续9天的余辉。我们成功的利用ZSO:Ga的双波长余辉发光性能构建了防伪级别高的多模动态防伪加密的模型。该防伪模型的材料易合成、操作简单,在实际应用中具有较大的潜能。(2)以Zn(NO3)2、SnCl4、Cr(NO3)3为原料,以水热和煅烧结合的方法,成功制备了Zn2SnxO4:0.3%Cr3+(ZSO:Cr)长余辉纳米材料。通过调整前驱体溶液中的p H和Sn的含量,优化了ZSO:Cr余辉发光性能。通过X射线衍射仪和透射电子显微镜的物相和形貌的测试,分析了ZSO:Cr的物质组成;通过磷光发射光谱和激发光谱研究了ZSO:Cr的发光性能;通过余辉衰减光谱和近红外余辉成像研究了ZSO:Cr的余辉性能。最终ZSO:Cr的最佳合成条件是p H=12、Sn含量为1.2。在310 nm紫外光激发下,ZSO:Cr可以产生以790 nm为中心的700~1000 nm波段的光且余辉时间达到9天。该发射波段与IR-1061有机染料的吸收有重叠,将长余辉材料和有机染料复合后发现二者之间发生了荧共振能量转移(FRET),使复合材料ZSO-IR在1250 nm处有发射。1250 nm发射波长在生物体内可以穿透较深层的组织,因而可以作为荧光探针在生物医学成像领域具有广泛的应用前景。
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