上转换发光材料优秀课件

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
上转换发光材料通常由激发态离子和基态离子组成。

当激发态离子吸收高能光
子后，它会跃迁到一个更高的能级，然后再通过非辐射跃迁回到基态，释放出低能量的光子。

这个过程中，能量的损失会导致发射出的光子的波长变长，从而完成了上转换发光的过程。

上转换发光材料有着许多优点。

首先，它可以实现高效的发光，能够将电能转
化为光能，从而提高能源利用率。

其次，上转换发光材料可以实现多色光发射，通过控制材料的成分和结构，可以实现不同波长的发光，满足不同应用的需求。

此外，上转换发光材料还具有较长的寿命和稳定的性能，能够在恶劣的环境下工作。

在实际应用中，上转换发光材料被广泛应用于LED照明和显示屏领域。

LED
照明具有节能、环保、寿命长等优点，而上转换发光材料可以实现LED的多色发光，从而满足不同场合对光的需求。

在显示屏领域，上转换发光材料可以实现高亮度、高对比度的显示效果，提高了显示屏的质量和观赏性。

此外，上转换发光材料还在生物成像、激光器、光通信等领域有着重要的应用。

在生物成像领域，上转换发光材料可以实现多色荧光标记，用于细胞和组织的成像和检测。

在激光器领域，上转换发光材料可以实现激光器的多波长输出，满足不同应用对激光波长的需求。

在光通信领域，上转换发光材料可以实现高效的光源和探测器，提高了光通信系统的传输速率和稳定性。

总的来说，上转换发光材料在现代科技领域有着非常广泛的应用前景，它不仅
可以实现高效的发光，还可以实现多色发光，具有较长的寿命和稳定的性能。

随着科技的不断发展，相信上转换发光材料会有更多的应用场景和发展空间。

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。

稀土上转换发光及其光电产品推荐目录一、什么是上转换发光？二、镧系掺杂稀土上转换发光的发光原理三、稀土上转换发光材料的应用四、相关光电产品推荐五、几个容易混淆的“上转换”概念一、什么是上转换发光？斯托克斯（Stokes）定律认为材料只能受到高能量的光激发，发射出低能量的光，即经波长短、频率高的光激发，材料发射出波长长、频率低的光。

而上转化发光则与之相反，上转换发光是指连续吸收两个或者多个光子，导致发射波长短于激发波长的发光类型，我们亦称之为反斯托克斯（Anti-Stokes）。

Figure 1.常规发光和上转换发光能级跃迁图Figure 2.样品被绿光激光激发之后产生荧光（左边样品为Stokes emission，右边样品为Anti-stokes emission）上转换发光在有机和无机材料中均有所体现，但其原理不同。

有机分子实现光子上转换的机理是能够通过三重态-三重态湮灭（Triplet-triplet annihilation，TTA），典型的有机分子是多环芳烃（PAHs）。

无机材料中，上转换发光主要发生在镧系掺杂稀土离子的化合物中，主要有NaYF4、NaGdF4、LiYF4、YF3、CaF2等氟化物或Gd2O3等氧化物的纳米晶体。

NaYF4是上转换发光材料中的典型基质材料，比如NaYF4:Er,Yb，即镱铒双掺时，Er做激活剂，Yb作为敏化剂。

本应用文章我们着重讲讲稀土掺杂上转换发光材料（Upconversion nanoparticles,UCNPs）。

二、镧系掺杂稀土上转换发光的发光原理无机材料有三个基本发光原理：激发态吸收(Excited-state absorption, ESA)，能量传递上转换(Energy transfer upconversion, ETU)和光子雪崩(Photon avalanche, PA)。

Figure 3.稀土上转换发光材料的发光原理(a)激发态吸收激发态吸收过程(ESA)是在1959年由Bloembergen等人提出，其原理是同一个离子从基态通过连续多光子吸收到达能量较高的激发态的过程，这是上转换发光最基本的发光过程。