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。