上转换发光机理总结

第8讲_上转换发光材料上转换发光材料（Upconversion Luminescent Materials）上转换发光材料是一种在低能量激发下可以产生高能量发光的材料。

其发光机制与传统的下转换发光材料，如荧光粉和半导体量子点等有所不同。

下转换发光材料在受到外界激发后，会先吸收光子并将其转换为较低能量的光子发出。

而上转换发光材料则能够在较低能量的激发光下，将吸收的能量进行级联转换，最终发射出高能量光。

上转换发光材料主要有两种类型：硅基和非硅基的上转换材料。

硅基上转换材料已经取得了长足的进展，并在光伏领域中受到广泛关注。

硅基上转换材料主要的特点是其上转换效率高，可以将低能量的光激发转换为高能量的发射。

这种材料对于提高太阳能电池的转换效率有很大的潜力。

非硅基的上转换材料则具有更多的选择性，并且在通过适配光源和非线性光学过程实现上转换发光方面具有更大的优势。

上转换发光材料的发光机制可以通过光功率图谱和物质能级示意图进行解释。

光功率图谱可以揭示材料在不同波长下的发光强度，从而分析材料的上转换效率。

物质能级示意图则可以通过表示材料的能量级别来解释能量的转换过程。

上转换发光材料的能级示意图中通常会包含两个部分：上转换激发态和上转换发射态。

在受到激发光的作用下，材料的电子会从基态跃迁到激发态，并且会经过一个或多个中间态的跃迁，最终发射出高能量的光子。

另外，上转换发光材料还有一些其他的应用领域。

其中最显著的是生物医学领域。

由于上转换发光材料具有可调控的发光特性，可以在多种情况下应用于生物成像和药物传递等领域。

例如，上转换发光材料可以通过发光技术提供可见光对于红外光的扩展，从而实现更深度的生物组织成像。

此外，上转换发光材料还可以用于生产发出可见光的LED灯和激光等。

总之，上转换发光材料是一种具有广泛应用前景的新型材料。

其通过将低能量的光激发转换为高能量的发射，具有很高的上转换效率和可调控的发光特性。

上转换发光材料在太阳能电池、生物医学和光电器件等领域的应用前景广阔，将在未来的科研和产业中发挥重要作用。

上转换发光材料的机理及应用崔庚彦;丁楠【摘要】On the upconversion material with its unique properties by people more and more attention, it is able to absorb more wave which it has long and low energy, after photon adduct has high-energy shortwave radiation material.The upconversion still belong to the category of photoluminescence from luminous.It is becoming more and more widely used, such as in food detection、biological imaging、immunoassay、cancer treatment、etc.have made a lot of application and development.The essay main about the upconversion mechanism and different preparation methods、application in actual.%上转换发光材料是指能够吸收多个低能量的长波辐射,经过光子加和之后发出高能量短波辐射的一类材料,这种独特的转换性质使其受到了人们越来越多的关注.上转换发光现象属于光致发光,随着研究的深入,它的应用也越来越广泛,如在食品检测、生物成像、免疫分析、癌症治疗等方面有了广泛的应用和发展.主要对上转换材料的转换机理、制备方法以及在实际中的应用进行综合分析.【期刊名称】《技术与市场》【年(卷),期】2017(024)005【总页数】4页(P50-53)【关键词】上转换;光致发光;稀土掺杂【作者】崔庚彦;丁楠【作者单位】河南工业职业技术学院, 河南南阳 473000;河南工业职业技术学院,河南南阳 473000【正文语种】中文当今世界科技的发展日新月异，人类社会的发展一刻也离不开能源、信息和材料。

上转换发光材料上转换发光的概念：上转换发光是在长波长光激发下，可持续发射波长比激发波长短的光。

本质上是一种反-斯托克斯（Anti-Stokes）发光，即辐射的能量大于所吸收的能量。

斯托克斯定律认为材料只能受到高能量的光激发，发出低能量的光，换句话说，就是波长短的频率高的激发出波长长的频率低的光。

比如紫外线激发发出可见光，或者蓝光激发出黄色光，或者可见光激发出红外线。

但是后来人们发现，其实有些材料可以实现与上述定律正好相反的发光效果，于是我们称其为反斯托克斯发光，又称上转换发光。

上转换发光技术的发展：早在1959年就出现了上转换发光的报道，Bloembergc在Physical Review Letter上发表的一篇文章提出，用960nm的红外光激发多晶ZnS，观察到了525nm绿色发光。

1966年Auzcl在研究钨酸镱钠玻璃时，意外发现，当基质材料中掺入Yb离子时，Er3+、Ho3+和Tm3+离子在红外光激发时，可见发光几乎提高了两个数量级，由此正式提出了“上转换发光”的观点。

整个60－70年代，以Auzal 为代表，系统地对掺杂稀土离子的上转换特性及其机制进行了深入的研究，提出掺杂稀土离子形成亚稳激发态是产生上转换功能的前提。

迄今为止,上转换材料主要是掺杂稀土元素的固体化合物，利用稀土元素的亚稳态能级特性，可以吸收多个低能量的长波辐射，从而可使人眼看不见的红外光变成可见光。

80年代后期，利用稀土离子的上转换效应，覆盖红绿蓝所有可见光波长范围都获得了连续室温运转和较高效率、较高输出功率的上转换激光输出。

1994年Stanford大学和IBM公司合作研究了上转换应用的新生长点——双频上转换立体三维显示，并被评为1996年物理学最新成就之一。

2000年Chen 等对比研究了Er／Yb：FOG氟氧玻璃和Er／Yb：FOV钒盐陶瓷的上转换特性，发现后者的上转换强度是前者的l0倍，前者发光存在特征饱和现象，提出了上转换发光机制为扩散．转移的新观点。

上转换发光材料作者：XXX 学号：XXXXXXXX 一、上转换材料的简介上转换发光，即：反-斯托克斯发光（Anti-Stokes），由斯托克斯定律而来。

斯托克斯定律认为材料只能受到高能量的光激发，发出低能量的光，换句话说，就是波长短的频率高的激发出波长长的频率低的光。

比如紫外线激发发出可见光，或者蓝光激发出黄色光，或者可见光激发出红外线。

但是后来人们发现，其实有些材料可以实现与上述定律正好相反的发光效果，于是我们称其为反斯托克斯发光，又称上转换发光。

自1959年出现上转换发光报道以来，世界各地对其进行了广泛而深入的研究。

90年代初，随着大功率LD的出现，上转换材料迎来了发展高峰。

近年来，随着激光技术的不断改进和新激光材料的不断出现，激光泵浦产生的频率上转换发光在全固化紧凑可见光激光器、光纤放大器等方面的应用，引起了人们极大的兴趣，并取得了很大的进展。

二、上转换材料的分类对上转换材料的分类一般有两种分类方法，一是根据掺杂离子，一是根据基质材料。

根据掺杂离子分类可将上转换材料可分为单掺和双掺两种。

单掺材料利用稀土离子f-f 禁戒跃迁，效率不高。

双掺稀土离子则是以高浓度掺入一个敏化离子，其激发态高于激活离子激发亚稳态，因此可将吸收的红外光子能量传递给这些激活离子，发生双光子或多光子加和，从而实现上转换过程。

根据基质材料可分为5类，包括氟化物、氧化物、氟氧化物、卤化物和含硫化合物。

其中就上转换发光效率而言，一般认为氯化物＞氟化物＞氧化物，这是单纯从材料的声子能量方面来考虑的，这个顺序恰与材料的结构稳定性顺序相反。

三、上转换材料的发光机理稀土离子的上转换发光是基于稀土元素4f电子间的跃迁产生的。

大体上可将上转换过程归结为三种形式：激发态吸收，能量转移和光子雪崩。

2.1激发态吸收（ESA）激发态吸收过程（ESA）是是一种最为常见的上转换发光过程，其原理见图1所示：发光中心处于基态能级E1上的离子吸收一个能量为Φ1的光子跃迁至中间亚稳态E2能级。

上转换发光材料上转换发光材料是一种新型的发光材料，它具有许多优异的性能，因此在光学领域有着广泛的应用前景。

上转换发光材料是指能够将高能光转换成低能光的材料，其发光原理是通过吸收高能光子，然后重新辐射出低能光子。

这种发光材料不仅可以提高光电器件的效率，还可以拓展其应用范围，因此备受关注。

上转换发光材料的研究和应用已经取得了一系列的成果。

其中，稀土离子是上转换发光材料中的重要组成部分。

稀土离子具有丰富的能级结构和多种跃迁方式，能够实现多种波长的发光，因此被广泛应用于上转换发光材料中。

此外，纳米材料也是上转换发光材料的研究热点之一。

通过调控纳米结构，可以有效地改善材料的发光性能，提高其量子效率和稳定性。

在实际应用中，上转换发光材料具有广阔的市场前景。

首先，在光通信领域，上转换发光材料可以用于制备高效的波长转换器件，用于光信号处理和光通信网络的构建。

其次，在生物医学领域，上转换发光材料可以作为荧光探针，用于生物标记、细胞成像和药物传递等方面。

此外，上转换发光材料还可以应用于太阳能电池、显示器件、激光器件等领域，为这些领域的发展提供新的可能性。

然而，上转换发光材料在实际应用中还存在一些挑战和问题。

例如，目前上转换发光材料的量子效率和稳定性还有待提高，这需要在材料设计和制备工艺上进行进一步的研究和优化。

此外，上转换发光材料的成本也是一个需要解决的问题，如何降低材料的制备成本，提高其在大规模生产中的可行性，是当前亟需解决的问题。

总的来说，上转换发光材料是一种具有广阔应用前景的新型材料，其在光学领域的研究和应用将会为光电器件的发展带来新的机遇和挑战。

随着科学技术的不断进步，相信上转换发光材料将会在更多领域展现出其独特的价值，为人类社会的发展做出更大的贡献。

有机上转换发光材料
有机上转换发光材料是一种新型材料，以其独特的性能引起广泛关注。

这种材料在光电子技术、生物成像、发光器件、显示技术等领域具有
广泛的应用前景。

本文将介绍有机上转换发光材料的基本原理、制备
方法、应用前景等方面内容。

有机上转换发光材料的基本原理是通过分子内的反转换(t-T)，将传统
发光方式由荧光(F)转变为磷光(P)。

在传统的荧光材料中，电子在吸收光子后，在几纳秒的时间内就退回到基态并释放出光子。

而在有机上
转换发光材料中，电子在吸收光子后，被激发到t-T的激发态，然后
在过渡态上停留更长的时间，进而释放出更多的光子，从而达到更高
的光效。

在制备有机上转换发光材料时，可以采用微波辐射、溶液混合等不同
的方法。

其中，以微波辐射为主的绿色制备方法具有快速、高效、晶
体品质好等优点。

通过采用不同的制备方法，可以得到不同形态、不
同性能的材料。

在应用方面，有机上转换发光材料具有广泛的应用前景。

在光电子技
术中，可以用于发光器件和太阳能电池等领域。

在生物成像方面，这种材料的稳定性和降低轻碳污染的特性，使其成为细胞成像等方面的理想材料。

在显示技术方面，这种材料的高发光效率和宽波长调制范围，也使其具有广泛的应用前景。

综上所述，有机上转换发光材料作为一种新型材料，具有独特的性能和广泛的应用前景。

在未来，随着科技的不断发展，这种材料将会有更广泛的应用。

上转换发光技术工艺发光技术工艺是一种将电能转化为光能的技术，广泛应用于照明、显示和电子设备等领域。

本文将从发光材料、发光原理、发光工艺和应用领域等方面对发光技术工艺进行介绍。

一、发光材料发光技术工艺的核心是发光材料。

目前常见的发光材料有无机材料、有机材料和半导体材料。

无机材料主要包括荧光粉、磷光体和发光陶瓷等，具有发光稳定、光效高等优点。

有机材料则以有机分子为基础，具有发光颜色丰富、制备成本低等特点。

而半导体材料则是目前应用最广泛的发光材料，主要包括氮化物、磷化物和硅基发光材料等。

二、发光原理发光技术工艺的发光原理主要有电致发光和化学发光两种。

电致发光是指通过电流激发发光材料中的电子，使其跃迁到激发态，再返回基态时释放出能量而产生光。

典型的例子是LED（发光二极管），通过半导体材料正向电流激发电子，使其跃迁并发光。

化学发光则是指在化学反应中产生发光现象，如荧光染料和荧光标记物等。

三、发光工艺发光技术工艺包括制备、封装和应用三个环节。

制备是指根据不同的发光材料选择合适的工艺方法，如溶液法、气相沉积法、蒸发法等，制备出所需的发光材料。

封装则是将发光材料封装到合适的器件中，如LED封装到LED芯片中。

应用则是将发光器件应用到实际生活中，如LED灯泡、显示屏和激光器等。

四、应用领域发光技术工艺在照明、显示和电子设备等领域有着广泛的应用。

在照明领域，发光二极管（LED）具有高光效、长寿命等优点，被广泛应用于室内照明、汽车照明和户外照明等。

在显示领域，有机发光二极管（OLED）具有高对比度、广视角等特点，被广泛应用于手机屏幕、电视屏幕和电子书等。

在电子设备领域，发光技术工艺也被应用于激光器、光通信和光存储等。

总结起来，发光技术工艺是一种将电能转化为光能的技术，通过发光材料的选择和制备，以及发光原理的应用，实现了发光器件的制备和封装。

这种技术在照明、显示和电子设备等领域有着广泛的应用，为人们的生活带来了便利和舒适。

上转换发光材料上转换发光的概念：上转换发光是在长波长光激发下，可持续发射波长比激发波长短的光。

本质上是一种反-斯托克斯（Anti-Stokes）发光，即辐射的能量大于所吸收的能量。

斯托克斯定律认为材料只能受到高能量的光激发，发出低能量的光，换句话说，就是波长短的频率高的激发出波长长的频率低的光。

比如紫外线激发发出可见光，或者蓝光激发出黄色光，或者可见光激发出红外线。

但是后来人们发现，其实有些材料可以实现与上述定律正好相反的发光效果，于是我们称其为反斯托克斯发光，又称上转换发光。

上转换发光技术的发展：早在1959年就出现了上转换发光的报道，Bloembergc在Physical Review Letter上发表的一篇文章提出，用960nm的红外光激发多晶ZnS，观察到了525nm绿色发光。

1966年Auzcl在研究钨酸镱钠玻璃时，意外发现，当基质材料中掺入Yb离子时，Er3+、Ho3+和Tm3+离子在红外光激发时，可见发光几乎提高了两个数量级，由此正式提出了“上转换发光”的观点。

整个60－70年代，以Auzal 为代表，系统地对掺杂稀土离子的上转换特性及其机制进行了深入的研究，提出掺杂稀土离子形成亚稳激发态是产生上转换功能的前提。

迄今为止,上转换材料主要是掺杂稀土元素的固体化合物，利用稀土元素的亚稳态能级特性，可以吸收多个低能量的长波辐射，从而可使人眼看不见的红外光变成可见光。

80年代后期，利用稀土离子的上转换效应，覆盖红绿蓝所有可见光波长范围都获得了连续室温运转和较高效率、较高输出功率的上转换激光输出。

1994年Stanford大学和IBM公司合作研究了上转换应用的新生长点——双频上转换立体三维显示，并被评为1996年物理学最新成就之一。

2000年Chen 等对比研究了Er／Yb：FOG 氟氧玻璃和Er／Yb：FOV钒盐陶瓷的上转换特性，发现后者的上转换强度是前者的l0倍，前者发光存在特征饱和现象，提出了上转换发光机制为扩散．转移的新观点。

上转换发光（Upconversion Luminescence，UCL）是一种具有特殊光学性质的发光材料，它能够将低能量的光转换成高能量的光，从而使荧光强度增强。

近年来，上转换发光材料在生物医学成像、生化传感、光催化等领域展现出了巨大的应用潜力。

在本文中，我们将对上转换发光原理、材料与应用进行深入的综述，帮助读者全面了解这一领域的最新进展和发展趋势。

一、上转换发光原理上转换发光原理是一种非线性光学过程，它基于能级跃迁和能量转移的原理。

当上转换材料受到辐射光激发时，发生能级跃迁，从而使得低能级的光子被转换成高能级的光子。

这一过程可以通过多种机制实现，包括能级跃迁、受激辐射和多光子吸收等。

通过精心设计材料的结构和成分，可以实现不同波长的上转换发光，从可见光到近红外光甚至紫外光。

二、上转换发光材料目前已经发现的上转换发光材料种类繁多，包括稀土离子掺杂的纳米颗粒、配位聚合物、过渡金属配合物等。

这些材料在上转换发光过程中具有不同的光学特性和应用潜力。

稀土离子掺杂的纳米颗粒具有较高的上转换效率和发光稳定性，适用于生物医学成像和生化传感。

而配位聚合物和过渡金属配合物则具有较宽的光学带隙，适用于光催化和光储能等领域。

三、上转换发光应用上转换发光材料在生物医学成像、生化传感、光催化、光储能等领域具有重要的应用价值。

在生物医学成像方面，上转换发光材料可以实现多模态成像，同时具有较高的空间分辨率和深度穿透能力，有望成为下一代生物成像技术的主要发展方向。

在生化传感方面，上转换发光材料可以实现高灵敏度和高选择性的生化分析，有望应用于临床诊断和药物筛选等领域。

在光催化和光储能方面，上转换发光材料可以实现可见光响应的高效能量转换，具有巨大的环境和能源应用前景。

四、个人观点与展望从我个人的角度来看，上转换发光作为一种新型发光材料，具有广阔的应用前景和科研价值。

我认为，未来上转换发光材料将在生物医学成像、生化传感、光催化、光储能等领域发挥重要作用，并引领光学材料和光电器件的发展方向。