论文部分内容阅读
在交通运输中，危险品是一类特殊的运输对象。随着中国城市化进程的加快，危险品的使用量更大、应用范围更广，出现事故的几率大大增加，且一旦出现问题所造成的危害也更加严重。因此，危险品的现场、快速检测及可追溯具有迫切的现实需求。在危险品中添加特殊的标记物在理论上可以实现上述目标。但危险品的种类多达上千种，实际运输过程中往往还会混杂其它货物。所以必须有足够多的可检测标识性判据，才能满足广谱标记的要求。基于上述情况，本论文提出采用无机上转换发光材料作为荧光标记物，开展危险品的广谱标记和现场快速检测及溯源的可行性研究。主要研究内容如下:
(1)选择镧系离子晶格格位间距较长的新型碲酸盐K3LaTe2O9作为基质材料，首次研究了Er3+掺杂K3LaTe2O9荧光粉在1550、980和380nm激发下的发光性能及温度传感特性。在K3LaTe2O9基质中，Er3+掺杂浓度达到44mol％时仍未出现浓度猝灭现象，说明在镧系离子间距较大的无机复合材料中可以实现高浓度离子掺杂。通过调节Er3+掺杂浓度、激发光波长和激发功率密度可以调控K3LaTe2O9∶Er荧光粉发光亮度和绿、红光发射强度比，以期作为危险品标记物的标识性判据实现广谱标记。
(2)利用红外热成像的方法探究了Er3+单掺和Yb3+-Er3+共掺NaYF4微米荧光粉在1550/1510和980nm辐照下的光-光转换和光-热转换情况。揭示了热效应对上转换发光的影响。讨论了热效应对离子掺杂浓度、吸光度、辐照时间和辐照功率密度的依赖性。相较于980nm激发，Er3+敏化体系在1510nm辐照下具有更低的热效应和更高的发光强度，可提高检测灵敏度并减轻热效应对被标记危险品造成的热损伤。因此，1510nm激发的Er3+敏化上转换发光材料更适合用作危险品的荧光标记物。
(3)探究了有机化合物对1510nm激发下Er3+掺杂NaYF4纳米粒子发光性能的影响。实验结果显示，影响该体系发光强度的主要原因是脂肪族分子中C-H基团对入射能的直接吸收。可以利用这一荧光猝灭特性对某些有机危险品进行标记，还可利用NaYF4∶Er纳米粒子在不同有机溶剂中发光颜色、发光强度和发射峰相对强弱的变化作为标识性判据，实现对危险品的光谱识别。光谱测试结果表明，Er3+敏化纳米核壳体系在1510nm激发下的发光性能优于980nm激发，为有机危险品荧光标记物的选择提供了依据。
(4)探索了1550nm激发下Er3+对Yb3+，Ho3+，Tm3+，Eu3+和Nd3+的敏化作用。通过构建核-壳结构纳米粒子，确定了最佳敏化结构。实现了从300-1500nm范围内的上转换发光，有效拓宽了可应用于荧光标记的指纹光谱范围。获得了不易被仿制的近红外-近红外荧光标记物，有利于危险品的安全流通。
(1)选择镧系离子晶格格位间距较长的新型碲酸盐K3LaTe2O9作为基质材料，首次研究了Er3+掺杂K3LaTe2O9荧光粉在1550、980和380nm激发下的发光性能及温度传感特性。在K3LaTe2O9基质中，Er3+掺杂浓度达到44mol％时仍未出现浓度猝灭现象，说明在镧系离子间距较大的无机复合材料中可以实现高浓度离子掺杂。通过调节Er3+掺杂浓度、激发光波长和激发功率密度可以调控K3LaTe2O9∶Er荧光粉发光亮度和绿、红光发射强度比，以期作为危险品标记物的标识性判据实现广谱标记。
(2)利用红外热成像的方法探究了Er3+单掺和Yb3+-Er3+共掺NaYF4微米荧光粉在1550/1510和980nm辐照下的光-光转换和光-热转换情况。揭示了热效应对上转换发光的影响。讨论了热效应对离子掺杂浓度、吸光度、辐照时间和辐照功率密度的依赖性。相较于980nm激发，Er3+敏化体系在1510nm辐照下具有更低的热效应和更高的发光强度，可提高检测灵敏度并减轻热效应对被标记危险品造成的热损伤。因此，1510nm激发的Er3+敏化上转换发光材料更适合用作危险品的荧光标记物。
(3)探究了有机化合物对1510nm激发下Er3+掺杂NaYF4纳米粒子发光性能的影响。实验结果显示，影响该体系发光强度的主要原因是脂肪族分子中C-H基团对入射能的直接吸收。可以利用这一荧光猝灭特性对某些有机危险品进行标记，还可利用NaYF4∶Er纳米粒子在不同有机溶剂中发光颜色、发光强度和发射峰相对强弱的变化作为标识性判据，实现对危险品的光谱识别。光谱测试结果表明，Er3+敏化纳米核壳体系在1510nm激发下的发光性能优于980nm激发，为有机危险品荧光标记物的选择提供了依据。
(4)探索了1550nm激发下Er3+对Yb3+，Ho3+，Tm3+，Eu3+和Nd3+的敏化作用。通过构建核-壳结构纳米粒子，确定了最佳敏化结构。实现了从300-1500nm范围内的上转换发光，有效拓宽了可应用于荧光标记的指纹光谱范围。获得了不易被仿制的近红外-近红外荧光标记物，有利于危险品的安全流通。