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1、纳米材料的合成及其光学性能,左洋 2010012447 材料1003班,目录,摘要 上转换纳米材料介绍 上转换纳米材料的合成 上转换纳米材料的光学性能 参考文献,谢谢观赏！,摘要,近年来，人们开始对荧光标记材料产生了浓厚的兴趣，特别是随着纳米技术的发展，能够进行生物标记的无机纳米晶成为人们追逐的热点，但是由于生物背底同样会产生荧光从而对荧光检测形成干扰，于是不会产生背底干扰的稀土上转换纳米发光标记材料引起了人们的注意。,关键词： 纳米材料 发光材料 上转换发光 荧光材料 双光子吸收 纳米晶,上转换,稀土上转换发光材料通过多光子机制把长波辐射转换成短波辐射称为上转换。,上转换纳米材料,受到光激发
2、时，可以发射比激发波长短的荧光的材料。,上转换发光的本质是一种反Stokes发光，早在1959年，就出现了上转换发光的报道。美国科学家用960nm的红外光激发多晶ZnS，观察到了525nm绿色发光。,上转换发光的机理可以归结为4种情况:,(1) 单离子的步进多光子吸收，这实际上是激发 态吸收(ESA)的过程。(2)直接双光子吸收。这也是一个单离子过程，能量为E1和E2 (E1与E2可以相等也可以不相等)的两个光子从一个虚拟的中间量子态被同时吸收终态E3=E1+E2。(3)多个激发态离子的共协上转换。(4)光子雪崩吸收上转换。,上转换纳米材料的合成,共沉淀法水热法,共沉淀法,优点： 方便、节时，
3、在制备金属氧化物、纳米材料等方面优势更突出生成的样品反应温度低，样品纯度高，粒径小，分散性也很好缺陷：不适于复杂的多组分体系的制备,Iohannes Hampl,高温流化床,Er，Yb共掺的氧硫化物,Er，Yb共掺的氧硫化物,将Er，Yb和Y的硝酸盐用尿素共沉淀，得到的沉淀在840下通过H2S和水蒸气，最后在1500的流化床中用Ar气保护活化，这样得到了尺寸大约400nm的粒子。,水热法以有机溶剂代替水，可以适用于一些非水反应体系的制备，从而打一大了水热技术的适用范围。,在特制的反应釜(高压釜)中，采用水溶液作为反应体系，通过将反应体系加热至临界温度(或接近临界温度)，在反应体系中产生高压环境
4、从而在一定温度和压力下，使物质在溶液中进行化学反应的一种无机制备方法。,水热法,反应釜,上转换纳米材料的光学性能,(1)尺寸与物理的特征量相差不多 (2)大的比表面使处于表面态的原子、电子与处于小颗粒内部的原子、电子的行为有很大的差别 (3)纳米微粒具有同样材质的宏观犬块物体不具备的新的光学特性,上转换纳米材料的光学性能,1.宽频带强吸收 2.吸收带蓝移现象 3.量子限域效应 4.上转换纳米微粒发光,宽频带强吸收,纳米氮化硅、碳化硅及氧化铝粉对红外宽频带有强吸收谱,宽频带强吸收带,吸收带蓝移现象,可能导致的原因：（1）量子尺寸效应（2）表面效应,量子限域效应,半导体纳术微粒的半径raB(激子玻
5、尔半径)时，电子的平均自由程受小粒径的限制，局限在很小的范围，空穴很容易与它形成激子，引起电子和空穴波函数的重叠，这就报容易产生激子吸收带。,上转换纳米微粒的发光,当上转换纳米微粒的尺寸小到一定值时可在定波长的光激发下发光。 1990年，日本佳能研究中心的H .Tabagi发现，粒径小于6nm的硅在室温下可以发射可见光。当粒径大干6nm时，这种光发射现象消失。,室温下，纳米级元素发射可见光,Tabagi目认为硅纳米微粒的发光是载流子的量子限域效应引起的。Brus认为，大块硅不发光是因为它的结构存在平移周期性，由平移对称性产生的选择定则使得大尺寸硅不可能发光，当硅粒径小到某程度时(6nm)平移对
6、称性消失，因此出现发光现象。,参考文献,（1）电沉积纳米晶材料技术 屠振密等编著 2008 （2）发光材料与显示技术 徐叙瑢主编 2003 （3）有机发光材料、器件及其平板显示 李文连著 2002 （4）有机电致发光材料及应用 滕枫，侯延冰，印寿根等编著 2006 （5）实用发光材料 余宪恩编著 2008 （6）刘珍 梁伟 许并社 市野濑英喜 材料科学与工艺 2000 第3期 （7）张中太 林元华 材料工程 2000 第3期 （8）杨剑 滕凤恩 材料导报 1997 第2期 （9）纳米材料及其技术的应用前景 张中太 2000 材料工程 （10）李彦 施祖进 纳米团簇的高分子自组装 期刊论文 -化学进展 （11）张立德 纳米材料的发展 1994(03),表面效应,由于纳米微粒颗粒小，大的表面张力使晶格畸变，品格常数改变。对纳米氧化物和氮化物小粒于研究表明第一近邻和第二近邻的距离发生变化。键长的改变导致纳米微粒的键本征振动频率改变，结果使光吸收带发生移动。,BACK,量子尺寸效应,由于颗粒尺下降能隙变宽，这就导致光吸收带移向短波方向，Ball等对这种蓝移现象给出了解释：已被电子占据分子轨道能级与未被电子占据分子轨道能级之间的宽度(能隙)随颗粒直径碱小而增大这是产生蓝移的根本原因。这种解释对半导体和绝缘体都适用。,BACK,
