镧系元素掺杂的上转换纳米颗粒

上转换材料及其发光机理传统的荧光发光机理是通过吸收高能量光，然后再辐射出低能量的可见光。

而上转换材料的发光机理则是在光激发的条件下，将两个或多个低能量光子转变为一个高能量光子。

这种非线性的发光过程在自然界中极为罕见，但在上转换材料中可以被实现。

这种不同的发光机理大大提高了材料的发光效率和发光颜色的可调性。

上转换材料一般由稀土离子掺杂的晶体或纳米颗粒组成。

稀土离子具有特殊的能级结构，使其在光激发后能够发生上转换过程。

这些稀土离子通常是从镧系元素中选择，如铒、钆、铽等。

它们的激发能级之间存在能级差，可以产生上转换。

首先，上转换材料吸收低能量光，将其激发到高能量态的能级上。

这个步骤类似于传统的荧光发光机制。

然后，在高能量态的能级上，经过一系列的能级跃迁，将能量转移到低能量态的能级上。

这些能级跃迁发生的过程符合量子力学的选择规则，只有特定的能级跃迁才能够发生。

最后，当稀土离子从高能量态能级回到低能量态能级时，通过相应的能级跃迁过程，产生一个高能量的光子。

这个光子的能量大于输入的光子能量，完成了上转换发光。

由于上转换的发生是非线性的过程，上转换材料可以实现比传统荧光材料更高的发光效率。

值得注意的是，上转换材料的发光颜色可以通过控制稀土离子的选择和浓度来改变。

不同的稀土离子对应不同的能级跃迁过程，从而产生不同的发光颜色。

这使得上转换材料具有广泛的应用潜力，例如在生物医学成像、显示技术和激光技术等方面。

总之，上转换材料是一类非常有趣和有用的材料，其发光机理通过稀土离子的能级跃迁实现。

上转换材料的发光效率高且能够调控发光颜色，为其在多个领域的应用提供了良好的前景。

随着对其发光机理的深入研究和材料性能的改进，上转换材料有望在未来得到更广泛的应用。

稀土发光材料在生物医学中的应用徐林娜;王国凤【摘要】镧系元素发光生物探针在过去的几十年中为生物医学领域做出了巨大的贡献,主要是因为稀土发光材料具有明显的优点,例如光化学性质稳定、几乎无光漂白现象、荧光信噪比较高、其激发光位于生物窗口区、有良好的穿透性、不伤害生物体、具有高的灵敏度等.正因为稀土发光材料在生物传感方面有着其他生物探针所没有的优势,使得它们为生物学家和医生工具箱添加了宝贵的技术手段.稀土材料的光学成像是满足现代生物分析和生物成像所需的各种技术的重要组成部分,所以其在生物荧光成像和医学诊断治疗领域展现了广阔的应用前景.本文对稀土材料的国内外研究现状和进展进行了综合分析和归纳整理.【期刊名称】《黑龙江大学自然科学学报》【年(卷),期】2019(036)003【总页数】9页(P304-312)【关键词】稀土离子;发光材料;生物应用【作者】徐林娜;王国凤【作者单位】黑龙江大学化学化工与材料学院功能无机材料化学教育部重点实验室,哈尔滨150080;黑龙江大学化学化工与材料学院功能无机材料化学教育部重点实验室,哈尔滨150080【正文语种】中文【中图分类】O614.330 引言随着科学技术的快速发展，越来越多的科研成果被广泛应用于人们的日常生活中。

稀土材料作为一种环境友好、性质优异的功能性新型材料越来越受到重视，并为人们所熟悉和使用。

稀土元素共有17种化学元素，包括镧系元素以及过渡金属钪和钇[1-5]。

由于稀土元素4f轨道电子的分布不同，所以其具有丰富的能级结构[6-7]。

稀土发光是稀土化合物突出的功能之一，发光材料的发光效率主要是由激发效率及功率、基质向激活剂能量传递效率、激活剂激发态能级电子辐射跃迁回到基态过程的效率等种种因素共同决定的。

稀土发光材料通过调整不同的镧系元素掺杂剂和主体基质来调节其发光性能，而镧系元素离子掺杂的发光材料具有高量子产率、低光漂白、窄发射带、尤其是更长的发光寿命等特点[8-10]。

镧系离子掺杂半导体上转换材料的简要概述1. 引言1.1 概述本文旨在对镧系离子掺杂半导体上转换材料进行简要概述。

随着科学技术的不断进步，上转换材料在光电领域中扮演着至关重要的角色。

上转换过程是指通过吸收辐射能量并将其转化为更高能量的光，在太阳能电池、荧光显示器和生物成像等领域具有广泛的应用前景。

而镧系离子掺杂半导体作为一种重要的上转换材料，因其特殊的发光性质和较大的位移交叉截面而备受研究者关注。

1.2 背景随着人们对节能环保和可再生资源利用需求的不断增长，绿色新能源和高效光电器件的研究得到了广泛关注。

而太阳能电池作为目前最常见和最具潜力的新能源发电方式之一，其效率提升是解决能源问题中的重要课题。

然而，现有太阳能电池往往无法有效利用来自太阳或其他辐射源中低能量光线。

此时，上转换材料就成为了解决该问题的一种有效途径。

1.3 目的本文旨在对镧系离子掺杂半导体上转换材料进行简要概述，通过深入了解离子掺杂技术、镧系离子特性和半导体基础知识，从而揭示上转换原理及其应用领域。

同时，我们将着重介绍合成及性能调控技术，并展望未来发展方向。

通过本文的阐述，希望读者能够全面了解镧系离子掺杂半导体上转换材料的研究进展与前景，为相关领域的科学家和工程师提供参考和启示。

2. 镧系离子掺杂半导体2.1 离子掺杂简介离子掺杂是指将外源性离子引入晶格中的一种技术，在半导体材料中特别常见。

其中，镧系离子是一类广泛应用于半导体的离子掺杂物种。

通过离子掺杂，可以有效地改变半导体的电学、磁学和光学性质，以满足不同领域的需求。

2.2 镧系离子特性镧系元素是指周期表中镧系元素La至Lu。

这些元素具有独特的电学和光学性质，使其成为半导体上转换材料的理想选择。

镧系离子在激发态下能够较长时间地保持其能级，因此可以实现高效率的荧光发射。

另外，镧系离子还具有丰富的跃迁能级和较窄的共振吸收峰，并且相互之间存在强耦合效应。

这些特性使得镧系离子在上转换过程中具有很大优势，从而提高了上转换效率并降低了能量损失。

红外激发荧光防伪油墨的国内外研究和应用现状作者：罗童王秋菊周腾飞汤伟冲刘冰冰来源：《中国防伪报道》2022年第08期摘要：红外激发荧光防伪油墨是一种防伪效力优良、性能稳定的安全防伪油墨。

本文通过对国内外的红外激发荧光防伪油墨的研究和应用现状进行探究，较为全面地介绍了红外激发荧光防伪油墨的基本防伪原理、常规制作、研究和应用现状等，同时对红外激发荧光防伪油墨进一步的发展方向进行了总结，旨在为红外激发荧光防伪油墨的研究和应用提供初步参考。

关键词：红外；防伪油墨；研究；应用Research and application status of infrared excited fluorescent anticounterfeiting ink at home and abroadLUO Tong， WANG Qiuju， ZhOU Tengfei， TANG Weichong， LIU Bingbing（beijing jinchen Civc Security Printing Co.，Ltd， Beijing 100176， China）Abstract： Infrared excitation fluorescence anti-counterfeiting ink is a kind of security anti-counterfeiting ink with excellent anti-counterfeiting effect and stable performance. This paper explores the research and application status of infrared excitation fluorescence anti-counterfeiting ink at home and abroad， and comprehensively introduces the basic anti-counterfeiting principle，production method， research and application status of infrared excitation fluorescence anticounterfeiting ink， At the same time， the further development direction of infrared excited fluorescent anti-counterfeiting ink is summarized， in order to preliminarily guide the research and application of infrared excited fluorescent anticounterfeiting ink.Keywords：Infrared；anti-counterfeiting ink； research；application隨着我国经济的飞速发展，人们生活水平日益提升，各类生产资料日渐丰富，与此同时，各类商品的假冒伪劣现象也越发增加，严重损害了生产者和消费者的权益，阻碍了社会的创新进步。

上转换氟化镧纳米颗粒的制备、自组装及性能研究
的开题报告
一、选题背景及意义
氟化镧具有较好的光学性能和化学稳定性，在光学、电子、催化、生物医药等领域具有广泛的应用前景。

研究表明，将氟化镧制备成纳米颗粒可以进一步提高其性能，如增强其表面积、降低颗粒大小、提高比表面积、增加光吸收能力等。

自组装是一种常见的纳米颗粒自组合的方法，可以制备出具有周期性结构和优异性能的材料。

因此，本研究旨在研究氟化镧纳米颗粒的制备及其自组装行为，探究其光学性能、稳定性等方面的相关性质，为其在各领域的应用提供理论依据和实验基础。

二、研究内容和方案
1.氟化镧纳米颗粒的制备方法：采用化学共沉淀法或溶剂热法制备氟化镧纳米颗粒，优化反应条件，探究氟化镧纳米颗粒的粒径、形貌等特性。

2.自组装实验：采用自组装法制备氟化镧纳米颗粒的自组装结构，分析不同条件下氟化镧纳米颗粒自组装行为的差异。

3.材料表征：使用X射线衍射、透射电镜、电子能谱等手段表征氟化镧纳米颗粒的晶体结构、形貌、粒径分布、表面化学组成等。

4.性能测试：测试氟化镧纳米颗粒的光学性能、稳定性等特性，探究其与制备方法、自组装结构等因素之间的关系。

三、预期成果和创新点
1.成功制备出具有一定规律结构的氟化镧纳米颗粒。

2.掌握氟化镧纳米颗粒的自组装行为及其影响因素。

3.分析氟化镧纳米颗粒的晶体结构、形貌、粒径分布、表面化学组成等特性。

4.探究氟化镧纳米颗粒的光学性能、稳定性等方面的相关性质，为其在光学、电子、催化、生物医药等领域的应用提供理论依据和实验基础。

5.该研究对于提高氟化镧纳米颗粒的制备及其应用的效果具有一定的创新性。

纳米颗粒在免疫层析技术中的应用纳米颗粒又称为超微颗粒，是指颗粒大小为1-100nm的粒子。

纳米颗粒具有大的比表面积，从而导致其光、热、磁敏感特性和表面稳定性不同于正常的粒子，因而在生物和医疗领域有广阔的应用前景。

目前已经用于免疫层析标志物的纳米材料包括胶体金、镧系元素、量子点、荧光乳胶、荧光微球、磁珠等几类。

免疫层析技术是通过标记物来得到结果分析信号的，因此，一种灵敏度高、稳定性好的标记物，可以大幅度提高其检测性能。

目前应用和研究的热点主要是胶体金免疫层析技术、荧光免疫层析技术、磁珠免疫层析技术等。

1胶体金免疫层析技术胶体金免疫标记技术是以胶体金作为示踪标志物应用于抗原抗体反应的一种免疫标记技术。

胶体金，又称为胶体纳米金，金纳米颗粒在水溶液中呈胶体状，因此称为胶体金。

胶体金颗粒具有纳米材料所特有的三大效应：表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应，具有很大的比表面积，独特的光学、导电、导热等物理特性以及良好的生物相容性，对蛋白质有较强的吸附能力，可以与免疫球蛋白、毒素、酶、糖蛋白、抗生素、激素、牛血清白蛋白、多肽化合物等非共价结合，同时，胶体金具有高电子密度特性，即金标物在相应配体处大量聚集，肉眼可见红色或粉色斑点，因而，目前多用于定性或半定量的快速免疫检测方法。

优点：简单、快速、准确、无污染、检测不依赖昂贵的激光检测仪器，只需普通光学仪器，甚至肉眼即可辨别。

目前，市场上已经有检测各种成分(如各种病原体、标志物等)的胶体金免疫层析试纸条试剂盒。

缺点：这灵敏度不高，主要用于定性或半定量，对一些肿瘤标志物、神经性肽、心血管疾病标志物的检测，其灵敏度是远远不够。

2荧光免疫层析技术荧光纳米材料由于其独特的结构和光、电、磁性质，使其在标记检测方面有着极大的应用价值。

荧光免疫层析技术结合了荧光免疫技术和层析技术的优点，是当前研究的热点2.1 量子点层析技术量子点（QuantumDots，QDs）又称无机纳米半导体晶体，是主要由ⅡB族～ⅥA族（如CdSe，CdTe，CdS，ZnSe等）或ⅢA族～ⅤA族（InP，InAs等）元素构成的能够产生荧光的半导体纳米颗粒。

第1章序言1.1上转换发光概述众所周知，稀土元素掺杂的氟化物、氧化物、硫氧化物等材料不仅表现出下转换发光（Stokes类型），而且表现出高效率的上转换发光（反Stokes类型）[1][2][3][4][5]。

上转换发光涉及到非线性光学过程，其特征为通过中间长寿命的能级状态连续吸收两个或更多的泵浦光子，发射出一个波长更短的光子的输出辐射。

自1960年开始，人们便开始了围绕上述现象的研究[6]。

但最初只是针对一些特定光学设备，例如红外量子计数探测器[7][8][9]，温度传感器[10][11][12]，和固态激光器[13][14][15][16]。

在之后的30多年间，有关上转换发光的利用主要集中在大体积的玻璃或者晶体材料上[17][18][19][20][21][22]。

直到90年代末期，纳米科学和纳米技术经历了快速的发展[23][24][25][26][27][28][29][30]。

由于上转换纳米粒子（UCNP）的尺寸较小（这个尺寸很小可以让许多生物寄主例如细胞质，细胞核等通过）和独特的光学特性，例如高化学稳定性，低细胞毒素特性，高信号噪音比，使得UCNPs 在分析化验和生物图像的上的应用或得了相当大的认可[31][32][33][34][35]。

最近关于UCNPs在生物和其他方面的进步已经产生了相当大的反响[36][37][38][39][40][41][42][43]。

从90年代末期开始，UCNPs经历了一次重要的发展，它在纳米科学领域已经成为了一个非常活跃的研究方向。

在很多的研究机构里，对于它的研究正经历着快速的发展。

在过去的20多年里关于UCNPs 大量的学术论文的发表可以清晰的证明这一点。

而在后期，学术论文的发表数量是以指数形式在增长。

然而，UCNPs的低上转换效率仍是其迅猛发展的最大障碍。

人们仍然需要去寻找将上转换光学性质最优化的改进方法。

广泛的研究证实，在基底材料中掺杂镧系离子可实现良好的上转换发光特性。

稀土上转换纳米材料的合成稀土元素是指周期表中镧系元素（包括镧、铈、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、钇）和锕系元素（包括钍和镤）的总称。

近年来，稀土材料在光电、催化、磁性和生物医药等领域得到广泛应用。

而利用稀土元素制备纳米材料，例如上转换纳米材料，更是备受关注。

上转换纳米材料是指材料在受到低能量的光激发时，其内部能级发生变化，产生高能激子而发出红外光，将低能量光转化为高能量光的一种纳米材料。

它在生物医学成像、激光显示和化学分析等领域有广泛应用。

稀土上转换纳米材料的制备方法很多，如热分解法、共沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法以及微乳化法等。

下面我们将针对上述几种方法进行简要介绍。

热分解法是采用热分解物质来制备纳米材料的方法。

将相应的稀土无机盐与有机化合物（如醋酸），在高温下进行热分解，即可得到纳米材料。

通过调节反应温度和反应时间，可以得到不同粒径的纳米材料。

共沉淀法是利用化学还原、沉淀等方法制备纳米材料的方法。

通过将稀土盐与一定量的沉淀剂一同加入水中，平衡沉淀后将其沉淀出来，再经过高温处理，就可以得到稀土上转换纳米材料。

溶胶-凝胶法是通过溶胶-凝胶方法制备纳米材料的方法。

将溶液中的化学物质通过水热和高温处理，可使其形成一个稳定的凝胶。

通过对凝胶晶化处理可得到稀土上转换纳米材料。

水热法是利用高温高压水的性质，来制备纳米材料的方法。

将稀土盐与其他原料在高温高压的水溶液中反应，通过水的特性，使稀土离子形成稳定的晶体，经过加热、冷却、分离的步骤后，就可以得到稀土上转换纳米材料。

微乳化法是通过微乳液来合成纳米材料的方法。

将稀土盐和表面活性剂加入油相和水相的共存体系中，使反应物分散到水滴中，并在水滴界面上进行反应。

在适宜温度下，反应物可形成溶胶并随着反应进行，形成稀土上转换纳米材料。

综上所述，稀土上转换纳米材料的制备方法很多，每种方法都有其优缺点。

为了获得优秀的制备效果，需要根据自己的研究需求，选择适合的合成方法。

上转换纳米粒子的原理上转换纳米粒子，又称为上转换纳米材料，是一种能够将低能量光转换为高能量光的材料。

其基本原理是通过上转换过程，将两个或多个低能量光子吸收并转换成一个高能量光子。

这一过程违背了通常根据能量守恒原理的光致发光传统理论，而被称为“上转换”。

上转换纳米粒子具有广泛的应用潜力，包括生物医学成像、光催化、太阳能电池、显示器、激光技术等领域。

下面我将详细介绍上转换纳米粒子的原理。

上转换纳米粒子的核心材料主要包括稀土离子、钙钛矿和金属纳米结构等。

其中，稀土离子是最常用的材料，因为它们具有特殊的能级结构，可以完成光子的上转换。

稀土离子通过吸收光子，跃迁到高能级态，随后经过非辐射跃迁，将能量转移到低能级态的纳米晶体基体中。

在纳米晶体基体中，通过激发电子跃迁等过程，原先吸收的能量最终以高能量光子的形式重新辐射出来。

具体来说，上转换纳米粒子的工作原理可以分为两个步骤。

首先是吸收和存储能量的过程，也称为上转换单元。

在这个过程中，纳米晶体基体中的稀土离子吸收低能量光，并且由于能级结构的特殊性质，不会直接发射辐射能量。

而是通过非辐射跃迁的方式，将能量转移到纳米晶体基体中的其他激发态电子。

这些激发态电子会在基底中进行多次碰撞，使得能量被存储下来。

第二个步骤是能量释放和光发射的过程，也称为光发射单元。

在这个过程中，存储的能量在一定条件下被释放，并转化为高能量的光子。

当周围环境中存在足够高能级的基底激发态时，这些存储的能量将会在光子的作用下被激发，从而使得原先存储的能量以高能量光子的形式重新辐射出来。

上转换纳米粒子的工作过程受到多种因素的影响，如材料的能级结构、激发态的寿命、材料的结构和形貌等。

合理选择合适的材料以及优化材料的结构和形貌，可以有效提高上转换的效率和增强光子的发射强度。

总结起来，上转换纳米粒子通过吸收能量并存储下来，然后在特定条件下释放存储的能量，转化为高能量的光子。

这一原理被广泛应用于各种领域，为现代科技的发展提供了重要的支持和推动。