论文部分内容阅读
本文主要研究了稀土离子掺杂无机纳米晶的光谱性质和荧光动力学，并探讨其在荧光生物标记方面的潜在应用。本研究主要内容如下：
⑴系统地研究了Gd2O3∶Eu3+纳米晶的低温光谱性能。在10 K下，以氙灯激发得到了Gd2O3∶Eu3+纳米晶的高分辨的激发谱和发射谱。在该体系中发现了几种有效的能量传递：从Gd3+离子到Eu3+离子的能量传递；从基质Gd2O3到Eu3+离子的能量传递及从S6位置Eu3+离子到C2位置Eu3+离子的能量传递。在常温下，Eu3+离子的5D0荧光寿命为2.20 ms，比块材的长很多，这主要是纳米颗粒周围的非固态介质使得有效折射率变小而导致的。根据低温下的激发谱和发射谱首次指认出Gd2O3纳米晶中Eu3+离子的150个晶体场能级。对这些能级进行拟合得到较小的均方根误差，为12.9 cm-1。通过修正的JO强度参数计算方法，并考虑J混效应求得JO强度参数Ω2,4，6分别为12.39，2.02和0.19(单位：10-20 cm2)。
⑵在Gd2O3∶Eu3+纳米管中，发现了Eu3+离子荧光动力学的声子限域效应。在低温10 K的激发谱中，可以观察到从能量为217 cm-1的7F1最低子能级到能级5D1的热带(Hot bands)。当温度从10 K变化到50 K时，热带的荧光强度几乎不变，而当温度高于50 K时，热带的荧光强度随着温度的升高而增强，粒子遵循玻尔兹曼分布。
⑶以稀土离子为结构探针，在无序分布纳米发光材料中发现了一种普适的局域结构导致结晶学位置对称性破缺的现象，即在六方相NaYF4∶Eu3+纳米晶的低温高分辨光谱中，观察到不符合Y3+离子结晶学格点位置对称性C3h的Eu3+离子光谱跃迁。六方相NaYF4是一种无序分布晶体，分析指出Y3+离子的局域结构位置对称性为Cs或更低。根据低温下的激发和发射谱，首次指认出NaYF4纳米晶中Eu3+离子的64个晶体场能级。在Cs对称性下，对晶体场能级进行拟合，得到均方根误差为22.9 cm-1，从而证实了Eu3+局域结构对称性降低。进一步还讨论了在不同Eu3+离子掺杂浓度下，Eu3+离子的荧光强度及荧光寿命的变化。
⑷通过溶剂热的方法合成了LaF3∶Ce3+，Tb3+纳米晶，并在纳米颗粒表面包覆一层3 nm左右的聚赖氨酸，实现纳米颗粒表面氨基功能化。研究了LaF3∶Ce3+,Tb3+纳米晶的荧光性质，发现Tb3+离子具有较长的荧光寿命，为5.4 ms。建立了以LaF3∶Ce3+,Tb3+纳米晶为能量给体，荧光染料RhBITC为能量受体的荧光共振能量传递体系。并通过能量给体和能量受体的荧光强度及荧光寿命的变化证明荧光共振能量传递(FRET)的存在。进一步利用该材料为均相FRET荧光标记的生物检测实验正在进行中。