树枝状发光材料的研究

树枝状发光材料的研究＊

刘金景1, 唐建国1＊

, 许申鸿1

（青岛市纤维新材料与现代纺织国家重点实验室培育基地，青岛大学化学化工与环境学院，

青岛266071）

Email:jianguotangde@https://www.wendangku.net/doc/2214179881.html,

摘 要：树枝状分子由核、支化单元和表面端基组成，是一种独特核-壳结构的分子，具有高密度高反应活性的表面端基。作为光功能材料，树枝状结构的分子不仅具有较高的光获效率，而且具有易于加工和成膜等特点。本文将主要综述树枝状分子在发光方面进展、制备、分类和应用，同时对其作为新材料在未来的发展做了进一步展望。

关键词：树枝状分子 光活性基团 能量梯度

中国分类号：TQ050.4+25

引言

光是自然界存在的能源之一，资源丰富，无任何环境污染，更重要的是可无尚使用，因此，有效地利用光能无疑具有重要意义。为满足各种信息显示需求，发光材料的发展十分迅速，尤其是在通讯、卫星、雷达、显示、记录、光学计算机、生物分子探针等高科技领域。发光材料大致可以分为两种，一种是无机发光材料，一种是有机发光材料。与无机发光材料相比，有机材料具有更高的发光效率和更宽的发光颜色选择范围，并且具有易于大面积成膜的优越性，因此关于有机发光材料的研究愈来愈引起人们的兴趣。线形高分子作为有机发光材料的一种，可以通过选择修饰主链和侧链提高发光性能，但不足是功能化的线性高分子大多数是庞大的，其成分和官能团的位置不能很好的确定，链间相互缠绕，容易产生能量陷阱，因此作为发光材料是不太理想的。树枝状分子由于结构的独特性（见图1），使其在核、支化单元和表面有着比线性聚合物更多的可设计的官能团，三维的辐射状分子结构会产生有效的分子内部能量传递能力，使能量更有效地聚焦在核心，从而构成由表面到核心传递能量的通道或电子的分子天线。Flory[1]在1952年曾首次提出含有多功能基单体聚合制备支化大分子的可行性。20世纪70年代，F．Vōgtle等[2]首次报道树枝状分子，他们用伯胺与2分子丙烯腈通过Michael加成反应，只得到第二代。而Takafumi 等[3]制备出一种树枝状分子发光棒，它是在刚性聚苯乙基主链上楔有不同繁衍代柔性聚苯酯树形

＊国家重点基础研究前期项目（973前期专项），合同号：2004CCA04800

1作者简介：刘金景，（1980-）男，青岛大学在读研究生

1＊通讯联系人：唐建国，博导，主要从事功能复合材料的研究，Emai：jianguotangde＠https://www.wendangku.net/doc/2214179881.html,

分子。作为发光材料，树枝状结构的分子将是很好地“光获天线”或“能量传递漏斗”，其外围基团与核心之间可以有效地进行能量传递，这就决定了其作为光学材料在纳米、信息、生物技术、军事科技领域有广泛的应用。此外与普通高分子聚合物不同，树状聚合物具有低粘度、高溶解及可混合性、高反应性等特性。本文将对树枝状发光材料制备和光学方面的应用进行阐述，同时对其发展前景作了进一步的展望。

Fig 1 schematic of dendritic molecular

图1 树枝状分子的结构示意图

1、有关树枝状发光材料的制备方法

Fig 2 the preparation of luminescent material of dendritic molecular

图2 树枝状发光材料制备方法

树枝状分子的制备方法主要有发散法和收敛法(见图2)，其制备过程是一个增长和活化反应重复交替进行的过程。所谓发散法是从树枝状目标大分子的中心点开始，逐渐向外扩展。Frechet.J.M.J等人[4]采用此法，以氨为中心、丙烯酸甲酯和乙二胺扩展试剂成功地合成出树枝状分子。但这种方法要求树枝化基元的末端活性基团必须反应十分完全，而这在实际操作中往往是不易实现的，因此增长反应不完全，且伴有副反应发生，存在分子结构缺陷；此外副产物与产物的结构相似，给产物纯化带来不便。收敛法是从树枝状目标大分子的边缘部分

开始，逐渐向内进行。George R等[5]人利用这种方法合成出端基为乙酯基的树枝状分子。收敛法在合成单分散性树枝状分子、提纯和表征等方面均优于发散法，其最大的优点是所合成的树枝化聚合物的结构(化学和物理结构的)高度完美。而问题是随着增长级数的增加，中心核的反应基团存在严重的空间位阻问题，不能聚合分子量较大的树枝状分子。

此外，有关树枝状分子的制备方法还有“多核”-“树枝单体”法、金属配位法和双指数混合增长法等[6，7]。“多核”-“树枝单体”法是结合了发散法和收敛法的优点，以较少的步骤得到较高产率的树枝分子。在金属配位法中，树枝状分子可以以发散的形式增长，也可以以收敛的形式增长，特别的是其支链是通过金属配位键而不是共价键来连接的。1992年，Balzani[8]等首次报道了有机过渡金属树枝状分子，合成的化合物含有22个钌(Ru)原子，表面单元为2，2′-联吡啶，具有很有趣的光物理和光化学性质。双指数混合增长是指XY2型单体，其反应点X和Y能用同一基团进行保护，尔后选择性地脱去X或Y的保护基团，得到得收敛型和发散型的单体再通过反应得到一个更大的单体。重复这两个步骤，则得到较大的树枝状分子。该法最大的优点一是树枝状分子的碳链骨架可以根据目标产物需要采取发散法或收敛法得到，二是合成同样代数的树枝状分子所需的反应步骤最少；但种方法所需的反应条件较为苛刻，只重复两到三次后，反应就不再进行。

2、树枝状发光材料的分类

Fig 3 four-arm oligofluorene porphyrins

图3 以卟啉为核的聚芴大分子

根据发光体系中光活性基团位置的不同，树枝状发光材料大致可以分为三类：光活性基团分布在外围和核心的树枝状发光材料、光活性基团作为线性大分子的端基或取代基的树枝状发光材料（线性-树枝状发光材料）和金属离子分布在核心光活性基团分布在外围的树枝状发光材料（金属-树枝状发光材料）。

2.1光活性基团分布在外围和核心的树枝状发光材料

树枝状分子的其中特征之一是表面分布着的高浓度端基，若对外围端基进行设计，可构造出不同功能化的树枝状分子。大量的外围能量给体单元可以吸收光子产生激发态能量，然后这些能量以“跃迁”的方式向中心核传递。由于相对大的光吸收横截面积，以及相对短的传输距离，体系中的能量传递效率非常高。近期薄志山[9]等合成了以卟啉为核，聚芴为骨架的星射型大分子。它们的吸收位于蓝光区域，但由于能量有效地从芴传递给了卟啉，它们发射的是红光。其结构见图 3.

Shirota等[10]人已经合成了∏电子树枝形聚合物，这些树枝状分子的Tg值比1, 3, 5-三(4-甲基苯基苯胺基)苯高，在组装的器件上是非常稳定的，很长时间都没有结晶，且在10mA/cm2时的发光强度是516cd/cm2 ，它们可用于多层LED的空穴传输材料，作为电发致光装置可放射出黄光。Devadoss和Moore等[11]对非极性溶剂中高代数树枝形苯乙炔分子的荧光性质进行报道，聚苯乙炔树枝状分子形成的有机单层膜结构，可作为电致发光的电子组件。实验表明：随代数的增加，光子的捕获率增加。Mechal R.S等[12]进一步研究了用SYNDROME方法制备的树枝形聚苯乙炔的荧光性质，实验中起将苝基团连接到树枝状聚苯乙炔的中心核上，形成一个从表面到中心核的能量漏斗，使得能量的传递的效率可高达98％。雷自强等[13]合成树枝状聚酰胺并对表面进行了小分子修饰，指出体系随共轭程度和刚性增大，荧光强度增强；同时，荧光强度也随结构紧密程度增加而增强。

2.2线性-树枝状发光材料

目前用于光获体系的主要是辐射状对称树状基团，具有有效的分子内部能量传递能力，其外围基团与核之间的信息传递须经过每一条亚分支；使能量更有效地聚焦在核心，从而构成由表面到核心传递能量或电子的分子天线。如将表面设计为具有发色功能的端基，高浓度发色团会带来高的荧光量子产量，随繁衍代数增大，外围发色团浓度增加，分子光获能力也随之增加[14] ，这种特殊的大分子存在广泛的潜在用途，从而引起人们的极大兴趣。朱麟勇等[16]作了树枝状结构对铽离子发光增强的天线效应研究（见图4），实验中合成了聚醚型树枝体(Dendr.PE)与聚丙烯酸(PAANa)线性聚合体的两亲杂化嵌段共聚物(PAANa2Dendr.PE)。由于聚醚树枝体(Dendr.PE)在紫外区具有很强的光获能力，而线性体(PAANa)对稀土离子具有很好的络合能力。通过聚醚树枝体Dendr.PE通过对Tb3+能量传递,使Tb3+发光强度大幅度提高的/天线效应。而对于不对称树枝状分子，由于主干的存在使核心与外围基团之间的信息传递变得更直接、更畅通，因此将是光获天线和能量传递漏斗的更佳材料。Peng等[15]合成了一种新型共轭不对称树枝状分子，它具有两个特征，是不同分支共轭长度不同，这将使光谱吸收范围加宽；二是从外部分支到核心共扼长度逐渐

增加，这将产生指向内部的能量梯度。因此这种树枝状分子能够通过收集宽波长范围光到某一点的能量陷阱，而成为一种有效的光获材料。

O O O O O O

O O

O

O O O

O O

CH 2CH 2CH CH 2CH CH 2CH 2

C O

-C O

O -C

O

O

-

Fig 4 Dendritic-line copolymer of PAANa-Dendr.PE

图4 树枝体-线形体共聚物PAANa-Dendr.PE

2.3金属-树枝状发光材料

Fig 5. the complex of the dendritic molecular and Tb 3+

图5 树枝状大分子和稀土铽的络合物大分子

树枝状分子与金属离子络合，具有较强的吸收可见光和紫外光的性能，因此可用于太阳能转换得发光材料。1992年Serroni 等[17]首次合成了含有过渡金属的树枝状分子，其表面结构为2,2-双吡啶，大分子含有22个钌原子；该类金属离子的聚集会导致离子本身的自猝灭，而树枝状结构有机配体，可以有效避免金属离子的聚集，从而解决了自淬灭现象。Balzani V等人[18]

报道了由过

渡金属配位化合物衍生的金属树枝状分子，并对他们的光化学性质等进行了研究。研究表明树枝

状分子是一种理想的光捕获装置。Fr chet 等

[19]

组装了以镧系金属离子为核的树枝状分子配合物

（见图5）。镧系金属离子具有独特的发光性质，其与核为羧基的树枝状分子络合，制得铽的树枝

状分子复合物，实验表明，该复合物在溶液和本体中的发光强度随着外围树枝分子代数的增加而增强，这可能是由于树枝状分子的天线效应和位置的隔离效应的结果。

3、树枝状发光材料的应用

树枝状分子在芯、支化单元和表面有比线性聚合物更多的可设计的官能团，可合成出多样化结构和多重性功能的树枝状分子；它不但具有独特的表面物理、化学性质，而且具有独特的内部物理、化学性质，比如：作为光学涂料添加剂，不仅改善涂料的固化速率、断裂韧性，而且使其具有料荧光涂料的性能树枝形分子可以实现对涂料的物理和化学改性。光功能树枝状分子能够实现高效的能量传递，是由于具有许多吸收单元和作为反应中心受体基团的空间位置、荧光阱发光空穴和骨架单元的刚性可控性；更重要的是具有能量梯度的聚合物体系能够进行定向、垂直的基态能量的传输。比如：作为电致光学材料，树枝状分子是由中心核控制发光的颜色，外围基团决定物理特性，而树枝能允许电子传输到中心核上。因此在光学材料应用上，与线性聚合物相比，树枝状分子有着更优越的选择性。其具体表现详见表1。

表1 树枝分子和线性分子的性能比较

Table 1 comparison of properties between dendritic and line molecular

总上，树枝状分子优于有机小分子和线性聚合物的有机电致发光材料的主要原因主要表现在以下几个方面[20]：(1)树枝结构能控制分子之间的相互作用的途径，即在一个高代数的树枝分子中仅仅是表面基团或外部树枝相互接触，能避免某些小分子和聚合物发生的团聚现象；(2)在树枝状分子中，表面及骨架发色团能以树枝独特的结构、较高的效率将能量传递到中心核的发色团。同时，在空间利用率上，树枝状结构与其它类型的分子相比，能量聚集的横截面面积远远大于后者，这样多维多点所吸收的光子能量被树枝分子集中到单一点上[21]，从而提高发光量子效率。

4、树枝状发光材料的展望

树枝状分子的结构易于控制，是一种理想的纳米级材料，其在主客体化学、自组装膜、基因治疗、生物医药、催化剂及传感器等方面的应用，正处在成熟开发阶段，但对于光学方面的应用，仍须要进一步深入研究。当前，对树枝状分子研究的热点逐渐由合成特殊结构的树状大分子，转

向树状大分子的功能化和特殊应用等方面。树枝状分子由于独特的机构特点，使其不存在链缠结，而且树枝链对于树外围的空间束缚和能量转移作用较小，因此，光功能树状大分子的光响应速度快，其克服了光功能线性高分子光响应速度慢的缺点，并兼有线性高分子材料的成膜性、机械加工、力学、热学性能好和小分子光响应速度快的优点，成为一类新型光电信息功能材料。相信在不久的将来，新型树枝状分子的合成及其功能化，必定在光学材料领域有新的突破。

致谢

作者由衷感谢以下资助：（1）国家重点基础研究前期项目（973前期专项），合同号：2004CCA04800；（2）国家教育部归国学者科学研究基金；（3）青岛市科技部自然科学基金

参考文献

[1] Flory P J. J. Am. Chem. Soc., 1952, 74(11):2718～2723.

[2] Vogtle F,Wehner W. Buhleier E. Synthesis, 1978, 55。

[3] Takafumi S, Jiang D L,Takuzo A A． [J]．J Am Chem Sec ，1999，121(45)：10658-lO659。

[4] Hawker C J，Frechet J M J．J Am Chem Soc，1990，112(21)：7638

[5]George R, Newkome, Zhongqi Yao，et a1． J Org Chem，1985，50(11)：2004

[6]Wooley KL，HawkerC J。Fréchet J M J．A Chem Int Ed Engl，1994。33：82～85

[7]Bo Z S，Zhng X，Zhang C M，Wang Z Q． J Chem Soc．Perkin Trans I，1997。2931～2935

[8]Serroni S，Denti G，Campagna S，Juris A。Ciano M，Balzani V．Augew Chem Int Ed Er l，1992，31 1493-1495

[9]Li B S，Li J，Fu Y Q，Bo Z S.J Am Chem Soc.2004，126:3430-3431

[10] Kuwabara Y, Ogaw H, Inada H, Noma N, Shirota Y. Adv Mater, 1994,6:677

[11] Devadoss C,Bharathi P,Moore J S. Angnew. Chem. Soc., 1996,118:9635

[12] Shortreed M R, Swallen S F, Shi Z. et al. J. Phys. Chem. B, 1997,101:6318

[13]雷自强，韩巧荣，杨志旺等.西北师范大学学报． 2001年，37（4）：44

[14] Adronov A．Sylvain L．Gilat．et al．J．Am．Chem．Soc．，2000． 122l 1175．

[15] Zhonghua Peng，Yongchun Pan，et a1．J．Am．Chem．Soc．，2000． 122：6619．

[16]朱麟勇,童晓峰,李妙贞,王尔鉴。感光科学与光化学。2000年 18（2）P.18-192

[17] Serroni S, Denti G, Gampagha S. Angew. Chem. Int, Engl, 1992, 31: 1493-1495.

[18]Campagna S，Denti G,Sabatino L， Ciano M，Balzani V. J .Chem. Soc. Chem. Commun.1989, 1500-1501

[19] Kawa M, Fréchet J M J. Chem. Mater. 1980, 10: 286

[20] V Percec, M Glodde, G Johansson et al. Angew. Chem. Int. Ed., 2003, 42: 4338~4342.

[21] T Sato, D L Jiang, T Aida. J. Am. Chem. Soc., 1999, 121: 10658~ 10659.

THE STUDY OF DENDRITIC LUMINESCENCE MATERAIL

Liu Jinjing1, Tang Jianguo1＊， Xu Shenhong1

(The cultivate base of country key lab on Fiber new materials and modem textile in Qingdao，chemistry，chemical and environment institute of Qingdao University，Shandong，Qingdao，266071，China) Abstract：Dendritic molecular are composed of core moiety，branch units and surface groups．Their unique core/shell structure, high concentration and high relative of the end groups lead to a number of interesting characteristics of photo-harvesting, film forming and being processed easily. Based on the unique structure, the Dendritic macromolecular is very ideal for functional luminescent materials. In this study, the Dendritic luminescence material is summarized in the development, preparation, classification and application of optical materials; and previewed in the exploitation.

Keywords: Dendritic molecular; optical active group; energy gradient.

量子点发光材料综述

量子点发光材料综述 1.量子点简介 1.1量子点的概述 量子点(quantum dot, QD)是一种细化的纳米材料。纳米材料是指某一个维度上的尺寸小于100nm的材料，而量子点则是要求材料的尺寸在3个维度都要小于100nm[1]。更进一步的规定指出，量子点的半径必须要小于其对应体材料的激子波尔半径，其尺寸通常在1-10nm左右[2]。由于量子点半径小于对应体材料的激子波尔半径，量子点能表现出明显的量子点限域效应，此时载流子在三个向上的运动受势垒约束，这种约束主要是由静电势、材料界面、半导体表面的作用或是三者的综合作用造成的。量子点中的电子和空穴被限域，使得连续的能带变成具有分子特性的分离能级结构[1]。这种分离结构使得量子点有了异于体材料的多种特性以及在多个领域里的特殊应用。 1.2量子点的特性 由于量子点中载流子运动受限，使得半导体的能带结构变成了具有分子原子特性的分离能级结构，表现出与对应体材料完全不同的光电特性。 1.2.1 量子尺寸效应 纳米粒子中的载流子运动由于受到空间的限制，能量发生量子化，连续能带变为分立的能级结构，带隙展宽，从而导致纳米颗粒的吸收和荧光光谱发生变化[3]。这种现象就是典型的量子尺寸效应。研究表明，随着量子点尺寸的缩小，其荧光将会发生蓝移，且尺寸越小效果越显著[4]。 1.2.2 表面效应 纳米颗粒的比表面积为，也就是说量子点比表面积随着颗粒半径的减小而增大。量子点尺寸很小，拥有极大的比表面积，其性质很大程度上由其表面原子决定。当其表面拥有很大悬挂键或缺陷时，会对量子点的光学性质产生极大影响[5]。 1.2.3 量子隧道效应 量子隧道效应是基本的量子现象之一。简单来说，即当微观粒子(例如电子等)能量小于势垒高度时，该微观粒子仍然能越过势垒。当多个量子点形成有序

稀土发光材料的研究现状与应用(综述)

稀土发光材料的研究现状与应用 材化092 班…指导老师：…. (陕西科技大学材料科学与工程学院陕西西安710021） 摘要稀土元素包括元素周期表中的镧系元素(Ln)和钪(Sc)、钇(Y)，共17个元素。由于稀土离子的4f电子在不同能级之间的跃迁产生的丰富的吸收和发射光谱，使其在发光材料中具有广泛的应用。稀土元素的特殊原子结构导致它们具有优异的发光特性，用于制造发光材料、电光源材料和激光材料，其合成的发光材料充分应用在照明、显示、医学、军事、安全保卫等领域中。稀土元素在我国的储量丰富，约占全世界的40%。本文综述了稀土发光材料的发光机理、发光特性、化学合成方法、主要应用领域以及稀土矿藏的开采方面存在的问题，并预测了今后深入研究的方向。 关键词稀土，发光材料, 应用 Current Research and Applications of rare earth luminescent materials Abstract Rare earth elements, including the lanthanides (Ln) and scandium (Sc) , yttrium (Y)of the periodic table, a total of 17 elements. a plenty of absorption and emission spectra in the light-emitting materials produced by the 4f electrons of rare earth ions transiting between different energy levels lead to a wide range of applications of rare earth luminescent materials. Special atomic structure of rare earth elements lead to their excellent luminescence properties, which is used in the manufacture of luminescent materials, the electric light materials and laser materials, 1 / 8

发光材料

上海理工大学 目录 一、引言 (1) 二、发光现象及其原理 (1) 2.1荧光现象 (1) 2.2 LED现象 (2) 2.3白炽灯现象 (2) 2.4 HID现象 (2) 2.5有机发光原理 (2) 三、发光材料的应用 (3) 3.1光致发光材料 (3) 3.2阴极射线发光材料 (4) 3.3电致发光材料 (4) 3.4辐射发光材料 (4) 3.5光释发光材料 (5) 3.6热释发光材料 (5) 3.7高分子发光材料 (5) 3.8纳米发光材料 (6) 四、结束语 (6) 五、参考文献 (7)

发光材料 一、引言 众所周知[1]，材料、能源和信息是21世纪的三大支柱。发光材料作为人类生活中最为重要的材料之一，有着极其重要和特殊的地位。随着科学技术的进一步发展，发光材料广泛运用于化工、医药食品、电力、公用工程、宇航、海洋船舶等各个领域。各种新型高科技在运用于人类日常生活中，势必都需要用到部分不同成分和性质的发光材料。 从20世纪70年代起，科学家们发现将稀土元素掺入发光材料，可以大大提高材料的光效值、流明数和显色性等性能，从此开启了发光材料发展的又一个主要阶段。世界己经离不开人造光源，荧光灯作为最普遍的人造光源之一己在全世界范围内开始应用，据统计全世界60%以上的人工造光是由荧光灯提供的，而大部分荧光灯就是利用稀土三基色荧光粉发光的。 二、发光现象及其原理 不同发光材料的发光原理不尽相同，但是其基本物理机制是一致的:物质原子外的电子一般具有多个能级，电子处于能量最低能级时称为基态，处于能量较高的能级时称为激发态;当有入射光子的能量恰好等于两个能级的能量差时，低能级的电子就会吸收这个光子的能量，并跃迁到高能级，处于激发态;电子在激发态不稳定，会向低能级跃迁，并同时发射光子;电子跃迁到不同的低能级，就会发出不同的光子，但是发出的光子能量肯定不会比吸收的光子能量大。 2.1荧光现象 荧光发光的主要原理:紫外线的光子的能量比可见光的能量大;当荧光物质被紫外线照射时，其基态电子就会吸收紫外线的光子被激发而跃迁至激发态;当它向基态跃迁时，由于激发态与基态间还有其他能级，所以此时释放的光子能量就会低于紫外线的能量，而刚好在可见光的范围内，于是荧光物质就会发出可见光，这种光就叫做荧光。常见的日光灯发 1

纳米材料的研究进展及其应用全解

纳米材料的研究进展及其应用 姓名：李若木 学号：115104000462 学院：电光院

1、纳米材料 1.1纳米材料的概念 纳米材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子组成。纳米粒子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在1～100nm间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，从通常的关于微观和宏观的观点看，这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，是一种典型人介观系统，它具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。当人们将宏观物体细分成超微颗粒（纳米级）后，它将显示出许多奇异的特性，即它的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体时相比将会有显著不同。 1.2纳米材料的发展 自20世纪70年代纳米颗粒材料问世以来，从研究内涵和特点大致可划分为三个阶段： 第一阶段（1990年以前）：主要是在实验室探索用各种方法制备各种材料的纳米颗粒粉体或合成块体，研究评估表征的方法，探索纳米材料不同于普通材料的特殊性能；研究对象一般局限在单一材料和单相材料，国际上通常把这种材料称为纳米晶或纳米相材料。 第二阶段（1990~1994年）：人们关注的热点是如何利用纳米材料已发掘的物理和化学特性，设计纳米复合材料，复合材料的合成和物性探索一度成为纳米材料研究的主导方向。 第三阶段（1994年至今）：纳米组装体系、人工组装合成的纳米结构材料体系正在成为纳米材料研究的新热点。国际上把这类材料称为纳米组装材料体系或者纳米尺度的图案材料。它的基本内涵是以纳米颗粒以及它们组成的纳米丝、管为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系。

2、纳米材料：石墨烯 2.1石墨烯的概念 石墨烯（Graphene）是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功从石墨中分离出石墨烯，证实它可以单独存在，两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。 石墨烯既是最薄的材料，也是最强韧的材料，断裂强度比最好的钢材还要高200倍。同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。它是目前自然界最薄、强度最高的材料，如果用一块面积1平方米的石墨烯做成吊床，本身重量不足1毫克便可以承受一只一千克的猫。 石墨烯目前最有潜力的应用是成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机。用石墨烯取代硅，计算机处理器的运行速度将会快数百倍。 另外，石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光。另一方面，它非常致密，即使是最小的气体原子(氦原子)也无法穿透。这些特征使得它非常适合作为透明电子产品的原料，如透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板。 石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；导热系数高达5300 W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000 cm2/V·s，又比纳米碳管或硅晶体（monocrystalline silicon）高，而电阻率只约10-6 Ω·cm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料。 作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为“黑金”，是“新材料之王”，科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。

关于碳纳米管的研究进展综述

关于碳纳米管的研究进展 1、前言 1985年9月，Curl、Smally和Kroto发现了一个由个60个碳原子组成的完美对称的足球状分子，称作为富勒烯。这个新分子是碳家族除石墨和金刚石外的新成员,它的发现刷新了人们对这一最熟悉元素的认识,并宣告一种新的化学和全新 的“大碳结构”概念诞生了。之后,人们相继发现并分离出C 70、C 76 、C 78 、C 84 等。 1991年日本的Iijima教授用真空电弧蒸发石墨电极时,首次在高分辨透射电子显微镜下发现了具有纳米尺寸的碳的多层管状物—碳纳米管。年,日本公司的科学家和匆通过改进电弧放电方法,成功的制备了克量级的碳纳米管。1993年，通过在电弧放电中加入过渡金属催化剂,NEC和IBM研究小组同时成功地合成了单壁碳纳米管；同年，Yacaman等以乙炔为碳源，用铁作催化剂首次针对性的由化学气相沉积法成功地合成了多壁碳纳米管。1996年,我国科学家实现了碳纳米管的大面积定向生长。1998年,科研人员利用碳纳米管作电子管阴极同年,科学家使用碳纳米管制作室温工作的场效应晶体管;中国科学院金属研究所成会明研究小组采用催化热解碳氢化合物的方法得到了较高产率的单壁碳纳米管和由多根单壁碳纳米管形成的阵列以及由该阵列形成的数厘米长的条带。1999年,韩国的一个研究小组制成了碳纳米管阴极彩色显示器样管。2000年,日本科学家制成了高亮度的碳纳米管场发射显示器样管。2001年,Schlitter等用热解有纳米图形的前驱体,通过自组装合成了单壁碳纳米管单晶,表明已经可以在微米级制得整体材料的单壁碳纳米管,并为宏量制备指出了方向。 2、碳纳米管的制备方法 获得大批量、管径均匀和高纯度的碳纳米管,是研究其性能及应用的基础。而大批量、低成本的合成工艺是碳纳米管实现工业化应用的保证。因此对碳纳米管制备工艺的研究具有重要的意义。目前,常用的制备碳纳米管的方法包括石墨电弧法、化学气相沉积法和激光蒸发法。一般来说,石墨电弧法和激光蒸发法制备的碳纳米管纯度和晶化程度都较高,但产量较低。化学气相沉积法是实现工业化大批量生产碳纳米管的有效方法,但由于生长温度较低,碳纳米管中通常含有

(完整word版)量子点LED

量子点LED专题报告 一、什么是量子点LED？ 量子点LED是把有机材料或者LED芯片和高效发光无机纳米晶体结合在一起而产生的具有新型结构的量子点有机发光器件。相对于传统的有机荧光粉，量子点具有发光波长可调（可覆盖可见和近红外波段）、荧光量子效率高（可大于90%）、颗粒尺寸小、色彩饱和度高、可 低价溶液加工、稳定性高等优点，尤其值得注意的是高色纯度的发光使得其色域已经可以超过HDTV标准色三角。因此基于量子点的发 光二极管，有望应用于下一代平板显示和照明。

表征量子点的光电参数: 1、光致发光谱（PL谱）：光致发光谱反映的是发射光波长与发光强度的关系。从PL谱上可以得到发光颜色的单色性、复合发光的机制、量子点的颗粒尺寸大小及分布均匀性、本征发射峰波长等基本光学信息。量子点光致发光谱的半高宽越窄，说明量子点的发光单色性越好，器件的缺陷和杂质复合发光越少。 2、紫外可见吸收谱：量子点的紫外可见吸收谱反映的是量子点对不同波长光的吸收程度，从谱中吸收峰的位置可计算出量子点的禁带宽度。量子点吸收谱的第一吸收峰与光致发光谱的发射峰的偏移是斯托

克斯位移，斯托克斯位移越大，量子点的自吸收越弱，量子点的荧光强度越高。 3、光致发光量子产率：量子点溶液的光致发光量子产率是通过与标准荧光物质（一般用罗丹明6G）的荧光强度对比而测出。量子点高的量子产率能有效提升器件的发光效率，但纯核量子点沉积成薄膜后量子产率将比在溶液中的量子产率下降1到2个数量级。量子点也存在荧光自淬灭现象，这是由存在于不均匀尺寸分布的量子点中的激子通过福斯特能量转移到非发光点进行非辐射复合所引起。 二、量子点LED在照明显示中的应用方案 量子点的发射峰窄、发光波长可调、荧光效率高、色彩饱和度好，非常适合用于显示器件的发光材料。量子点LED在照明显示领域中的应用方案主要包括两个方面：a、基于量子点光致发光特性的量子点背光源技术（QD-BLU，即光致量子点白光LED）；b、基于量子点电致发光特性的量子点发光二极管技术（QLED）。

半导体纳米材料的光学性能及研究进展

?综合评述? 半导体纳米材料的光学性能及研究进展Ξ 关柏鸥　张桂兰　汤国庆 (南开大学现代光学研究所,天津300071) 韩关云 (天津大学电子工程系,300072) 摘要　本文综述了近年来半导体纳米材料光学性能方面的研究进展情况,着重介绍了半导体纳米材料的光吸收、光致发光和三阶非线性光学特性。 关键词　半导体纳米材料;光学性能 The Optica l Properties and Progress of Nanosize Sem iconductor M a ter i a ls Guan B ai ou　Zhang Gu ilan　T ang Guoqing　H an Guanyun (Institute of M odern Op tics,N ankaiU niversity,T ianjin300071) Abstract　T he study of nano size sem iconducto r particles has advanced a new step in the understanding of m atter.T h is paper summ arizes the p rogress of recent study on op tical p roperties of nano size sem icon2 ducto r m aterials,especially emphasizes on the op tical2abso rp ti on,pho to lum inescence,nonlinear op tical p roperties of nano size sem iconducto r m aterials. Key words　nano size sem iconducto r m aterials;op tical p roperties 1　引言 随着大规模集成的微电子和光电子技术的发展,功能元器件越来越微细,人们有必要考察物质的维度下降会带来什么新的现象,这些新的现象能提供哪些新的应用。八十年代起,低维材料已成为倍受人们重视的研究领域。 低维材料一般分为以下三种:(1)二维材料,包括薄膜、量子阱和超晶格等,在某一维度上的尺寸为纳米量级;(2)一维材料,或称量子线,线的粗细为纳米量级;(3)零维材料,或称量子点,是尺寸为纳米量级的超细微粒,又称纳米微粒。随着维数的减小,半导体材料的电子能态发生变化,其光、电、声、磁等方面性能与常规体材料相比有着显著不同。低维材料开辟了材料科学研究的新领域。本文仅就半导体纳米微粒和由纳米微粒构成的纳米固体的光学性能及其研究进展情况做概括介绍。2　半导体纳米微粒中电子的能量状态 当半导体材料从体块减小到一定临界尺寸以后,其载流子(电子、空穴)的运动将受限,导致动能的增加,原来连续的能带结构变成准分立的类分子能级,并且由于动能的增加使得能隙增大,光吸收带边向短波方向移动(即吸收蓝移),尺寸越小,移动越大。 关于半导体纳米微粒中电子能态的理论工作最早是由AL.L.Efro s和A.L.Efro s开展的[1]。他们采用有效质量近似方法(E M A),根据微粒尺寸R与体材料激子玻尔半径a B之比分为弱受限(Rμa B,a B=a e+ a h,a e,a h分别为电子和空穴的玻尔半径)、中等受限(a h

量子点发光材料综述

量子点 1.量子点简介 1.1量子点的概述 量子点(quantum dot, QD)是一种细化的纳米材料。纳米材料是指某一个维度上的尺寸小于100nm的材料，而量子点则是要求材料的尺寸在3个维度都要小于100nm[1]。更进一步的规定指出，量子点的半径必须要小于其对应体材料的激子波尔半径，其尺寸通常在1-10nm左右[2]。由于量子点半径小于对应体材料的激子波尔半径，量子点能表现出明显的量子点限域效应，此时载流子在三个方向上的运动受势垒约束，这种约束主要是由静电势、材料界面、半导体表面的作用或是三者的综合作用造成的。量子点中的电子和空穴被限域，使得连续的能带变成具有分子特性的分离能级结构[1]。这种分离结构使得量子点有了异于体材料的多种特性以及在多个领域里的特殊应用。 1.2量子点的特性 由于量子点中载流子运动受限，使得半导体的能带结构变成了具有分子原子特性的分离能级结构，表现出与对应体材料完全不同的光电特性。 1.2.1 量子尺寸效应 纳米粒子中的载流子运动由于受到空间的限制，能量发生量子化，连续能带变为分立的能级结构，带隙展宽，从而导致纳米颗粒的吸收和荧光光谱发生变化[3]。这种现象就是典型的量子尺寸效应。研究表明，随着量子点尺寸的缩小，其荧光将会发生蓝移，且尺寸越小效果越显著[4]。 1.2.2 表面效应 纳米颗粒的比表面积为，也就是说量子点比表面积随着颗 粒半径的减小而增大。量子点尺寸很小，拥有极大的比表面积，其性质很大程度上由其表面原子决定。当其表面拥有很大悬挂键或缺陷时，会对量子点的光学性质产生极大影响[5]。 1.2.3 量子隧道效应 量子隧道效应是基本的量子现象之一。简单来说，即当微观粒子(例如电子等)能量小于势垒高度时，该微观粒子仍然能越过势垒。当多个量子点形成有序阵列，载流子共同越过多个势垒时，在宏观上表现为导通状态。因此这种现象又

稀土掺杂纳米发光材料的研究发展

稀土掺杂纳米发光材料的研究发展 姓名：王林旭学号：5400110349 班级：经济107 摘要：本文先介绍了关于稀土纳米发光材料的有关基本概念及基本用途，让读者有个基本认识。文章重点对稀土氟化物纳米颗粒的上转换光学性能以及稀土磷酸盐纳米发光材料的研究进展方面做个简单的介绍 关键词：稀土发光材料稀土磷酸盐纳米发光材料 1．引言：短短半个学期的选修课学习，自己对纳米材料有了一定的了解，这篇论文的选题是“稀土掺杂纳米发光材料的研究发展”，查阅跟搜索了相关资料后，主要从稀土氟化物纳米颗粒的上转换光学性能以及稀土磷酸盐纳米发光材料的研究进展方面给以论述。 首先，先来了解几个基本概念。 1.1什么是稀土元素？ 稀土元素包括钪、钇和５７到７１的镧系元素共１７种元素。它们在自然界中共同存在，性质非常相似。由于这些元素发现的比较晚又难以分离出高纯状态，最初得到的是元素的氧化物，它们的外观似土，所以称它们为稀土元素。 稀土元素的电子组态是［Ｘｅ］４ｆＤＩ１５ｓ２５￣ｓａｏ～６ｓ２。镧系元素离子的吸收光谱或激发光谱，来源于组态内的电子跃迁，即ｆ—ｆ跃迁；组态间的能级跃迁，即４ｆ一５ｄ，４ｆ一６ｓ，４ｆ一６ｐ等跃迁：还有电荷迁移跃迁，即配体离子的电子向离子的跃迁，从高能级向低能级的跃迁就产生相应的发射光谱。由于稀土的这些特性，所以它可以做发光材料。发光材料包括半导体发光材料和稀土化合物发光材料两大类…１。稀土荧光材料以应用铕、铽、钆、钇等高纯中稀土为主要特色２。纳米稀土发光材料是指基质粒子尺寸在１—１ｏｏ哪的发光材料l３。纳米粒子本身具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等。受这些结构特性的影响，纳米稀土发光材料表现出许多奇特的物理和化学特性，从而影响其中掺杂的激活离子的发光和动力学性质，如光吸收、激发态寿命，能量传递，发光量子效应和浓度猝灭等性质。在各种类型激发作用下能产生光发射的材料。 1.2什么是发光材料？ 在各种类型激发作用下能产生光发射的材料。主要由基质和激活剂组成，此外还添加一些助溶剂、共激活剂和敏化剂 1.3什么是稀土发光材料？ 稀土发光是由稀土4f电子在不同能级间跃出而产生的，因激发方式不同，发光可区分为光致发光(photoluminescence)、阴极射线发光(cathodluminescence)、电致发光(electroluminescence)、放射性发光(radiation luminescence)、X射线发光(X-ray luminescence)、摩擦发光(triboluminescence)、化学发光(chemiluminescence)和生物发光(bioluminescence)等。稀土发光具有吸收能力强，转换效率高，可发射从紫外线到红外光的光谱，特别在可见光区有很强的发射能力等优点。稀土发光材料已广泛应用在显示显像、新光源、X射线增光屏等各个方面。 1.4什么是纳米材料？ 纳米材料是指晶粒尺寸小于100ｎｍ的单晶体或多晶体,由于晶粒细小,使其晶界上的原子数多于晶粒内部的,即产生高浓度晶界,因而使纳米材料有许多不同于一般粗晶材料的性能,如强度和硬度增大、低密度、低弹性模量、高电阻、低热导

碳纳米管材料的研究现状及发展展望

碳纳米管材料的研究现状及发展展望 摘要： 碳纳米管因其独特的结构和优异的物理化学性能，具有广阔的应用前景和巨大的商业价值。本文综述了碳纳米管的制备方法、结构性能、应用以及碳纳米管发展趋势。 关键词：碳纳米管；制备；性质；应用与发展 1、碳纳米管的发展历史 1985年发现了巴基球(C60)；柯尔、克罗托和斯莫利在模拟宇宙长链碳分子的生长研 究中，发现了与金刚石、石墨的无限结构不同的，具有封闭球状结构的分子C60。（1996年获得诺贝尔化学奖） 1991年日本电气公司的S. Iijima在制备C60、对电弧放电后的石墨棒进行观察时，发现圆柱状沉积。空的管状物直径0.7-30 nm，被称为Carbon nanotubes (CNTs）； 1992年瑞士洛桑联邦综合工科大学的D.Ugarte等发现了巴基葱(Carbon nanoonion)； 2000年，北大彭练矛研究组用电子束轰击单壁碳纳米管，发现了Ф0.33 nm的碳纳米管,稳定性稍差; 2003年5月，日本信州大学和三井物产下属的公司研制成功Ф 0.4 nm的碳纳米管。 2004年3月下旬, 中国科学院高能物理研究所赵宇亮、陈振玲、柴之芳等研究人员，利用一定能量的中子与C70分子相互作用，首次成功合成、分离、表征了单原子数目富勒烯 分子C141。 2004 ，曼彻斯特大学的科学家发现Graphene(石墨烯)。进一步激发了人们研究碳纳米材料的热潮。 2、碳纳米管的分类 2.1碳纳米管 碳纳米管是由碳原子形成的石墨烯片层卷成的无缝、中空的管体，一般可分为单壁碳纳 米管、多壁碳纳米管。 2.2纳米碳纤维 纳米碳纤维是由碳组成的长链。其直径约50-200nm，亦即纳米碳纤维的直径介于纳米碳 管（小于100 nm）和气相生长碳纤维之间。 2.3碳球 根据尺寸大小将碳球分为：(1)富勒烯族系Cn和洋葱碳(具有封闭的石墨层结构，直径在2—20nm之间)，如C60，C70等；(2) 纳米碳粉。 2.4石墨烯 石墨烯（graphene）是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，是构建其它维度碳质材料的基本单元。 3、碳纳米管的制备 3．1电弧法

量子点发光材料综述

量子点发光材料综述

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量子点 1.量子点简介 1.1量子点的概述 量子点（ｑuaｎｔum ｄot, QD）是一种细化的纳米材料。纳米材料是指某一个维度上的尺寸小于100nm的材料，而量子点则是要求材料的尺寸在3个维度都要小于１00nm错误!未找到引用源。。更进一步的规定指出,量子点的半径必须要小于其对应体材料的激子波尔半径，其尺寸通常在1－1０nm左右[2]。由于量子点半径小于对应体材料的激子波尔半径，量子点能表现出明显的量子点限域效应，此时载流子在三个方向上的运动受势垒约束,这种约束主要是由静电势、材料界面、半导体表面的作用或是三者的综合作用造成的。量子点中的电子和空穴被限域,使得连续的能带变成具有分子特性的分离能级结构错误!未找到引用源。。这种分离结构使得量子点有了异于体材料的多种特性以及在多个领域里的特殊应用。 1.2量子点的特性 由于量子点中载流子运动受限，使得半导体的能带结构变成了具有分子原子特性的分离能级结构，表现出与对应体材料完全不同的光电特性。 １.2.1 量子尺寸效应 纳米粒子中的载流子运动由于受到空间的限制,能量发生量子化,连续能带变为分立的能级结构，带隙展宽，从而导致纳米颗粒的吸收和荧光光谱发生变化错误!未找到引用源。。这种现象就是典型的量子尺寸效应。研究表明,随着量子点尺寸的缩小，其荧光将会发生蓝移,且尺寸越小效果越显著[４]。 １．2．2 表面效应 纳米颗粒的比表面积为A m=S V =4πR2 4 3 πR3 =3 R ,也就是说量子点比表面积随着颗 粒半径的减小而增大。量子点尺寸很小,拥有极大的比表面积,其性质很大程度上由其表面原子决定。当其表面拥有很大悬挂键或缺陷时，会对量子点的光学性质产生极大影响错误!未找到引用源。。 1．２.3量子隧道效应

稀土发光材料的研究进展

前言 当稀土元素被用作发光材料的基质成分，或是被用作激活剂、共激活剂、敏化剂或掺杂剂时，这类材料一般统称为稀土发光材料或稀土荧光材料。我国丰富的稀土资源，约占世界已探明储量的80%以上。稀土元素具有许多独特的物理化学性质,被广泛地用于各个领域,成为发展尖端技术不可缺少的特殊材料。稀土离子由于独特的电子层结构使得稀土离子掺杂的发光材料具有其它发光材料所不具有的许多优异性能,可以说稀土发光材料的研究开发相对于传统发光材料来说犹如一场革命。稀土无机发光材料方面,稀土发光材料与传统的发光材料相比具有明显的优势。就长余辉发光材料来说,稀土长余辉发光材料的发光亮度是传统发光材料的几十倍,余辉时间高达几千分钟。由于稀土发光材料所具有如此优异的性能使得发光材料的研究主要是围绕稀土发光材料而进行的。 由于稀土元素具有外层电子结构相同、内层4f 电子能级相近的电子层构型，含稀土的化合物表现出许多独特的理化性质，因而在光、电、磁领域得到广泛的应用，被誉为新材料的宝库。在稀土功能材料的发展中，尤其以稀土发光材料格外引人注目。稀土因其特殊的电子层结构，而具有一般元素所无法比拟的光谱性质，稀土发光几乎覆盖了整个固体发光的范畴，只要谈到发光，几乎离不开稀土。稀土元素的原子具有未充满的受到外界屏蔽的4f5d 电子组态，因此有丰富的电子能级和长寿命激发态，能级跃迁通道多达20 余万个，可以产生多种多样的辐射吸收和发射，构成广泛的发光和激光材料。随着稀土分离、提纯技术的进步，以及相关技术的促进，稀土发光材料的研究和应用将得到显著的发展。进入二十一世纪后,随着一些高新技术的发展和兴起,稀土发光材料科学和技术又步入一个新的活跃期，它为今后占主导地位的平板显示、第四代新照明光源、现代医疗电子设备、更先进的光纤通信等高新技术的可持续发展和源头创新提供可靠的依据和保证。所以,充分综合利用我国稀土资源库,发展稀土发光材料是将我国稀土资源优势转化为经济和技术优势的具体的重要途径。 纳米稀土发光材料是指基质粒子尺寸在1～100 纳米的发光材料。纳米粒子本身具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等。受这些结构特性的影响，纳米稀土发光材料表现出许多奇特的物理和化学和和特性，从

半导体量子点发光

. 半导体量子点发光 一、半导体量子点的定义 当半导体的三维尺寸都小于或接近其相应物质体相材料激子的玻尔半径（约5.3nm）时，称为半导体量子点。 二、半导体量子点的原理 在光照下，半导体中的电子吸收一定能量的光子而被激发，处于激发态的电子向较低能 级跃迁，以光福射的形式释放出能量。大多数情况下，半导体的光学跃迁发生在带边，也就是说光学跃迁通常发生在价带顶和导带底附近。半导体的能带结构可以用图的简化模型来表 示。如图所示，直接带隙是指价带顶的能量位置和导带底的能量位置同处于一个K 空间，间接带隙是指价带顶位置与导带底位置的K 空间位置不同。电子从高能级向低能级跃迁，伴随着发射光子，这是半导体的发光现象。

. 对于半导体量子点，电子吸收光子而发生跃迁，电子越过禁带跃迁入空的导带，而在原来的价带中留下一个空穴，形成电子空穴对（即激子），由于量子点在三维度上对激子施加 量子限制，激子只能在三维势垒限定的势盒中运动，这样在量子点中，激子的运动完全量子 化了，只能取分立的束缚能态。激子通过不同的方式复合，从而导致发光现象。原理示意图，如图所示，激子的复合途径主要有三种形式。 (1)电子和空穴直接复合 ,产生激子态发光。由于量子尺寸效应的作用 ,所产生的发射光的波长随着颗粒尺寸的减小而蓝移。 (2)通过表面缺陷态间接复合发光。在纳米颗粒的表面存在着许多悬挂键,从而形成了许多表面缺陷态。当半导体量子点材料受光的激发后,光生载流子以极快的速度受限于表面缺 陷态而产生表面态发光。量子点的表面越完整,表面对载流子的捕获能力就越弱,从而使得表面态的发光就越弱。 (3)通过杂质能级复合发光。杂质能级发光是由于表面分子与外界分子发生化学反应生 成其它杂质，这些杂质很容易俘获导带中的电子形成杂质能级发光。 以上三种情况的发光是相互竞争的。如果量子点的表面存在着许多缺陷,对电子和空穴的俘获能力很强,电子和空穴一旦产生就被俘获,使得它们直接复合的几率很小,从而使得激子态的发光就很弱,甚至可以观察不到,而只有表面缺陷态的发光。 为了消除由于表面缺陷引起的缺陷态发光而得到激子态的发光,常常设法制备表面完整 的量子点或者通过对量子点的表面进行修饰来减少其表面缺陷,从而使电子和空穴能够有效 地直接复合发光。

稀土发光材料研究进展

稀土发光材料 来源：本站原创日期：2009-01-16 加入收藏 1 稀土发光材料发展年表 稀土元素无论被用作发光（荧光）材料的基质成分，还是被用作激活剂，共激活剂，敏化剂或掺杂剂，所制成的发光材料，一般统称为稀土发光材料或稀土荧光材料。30多年来，我国稀土发光及材料科学技术的研发在各级领导和部门关心下从起步和跟踪走向自主发展；稀土荧光体（粉）生产从零开始，已形成一个新的产业。 20世纪60年代是稀土离子发光及其发光材料基础研究和应用发展的划时代和转折点。三价稀土离子发光的光学光谱学、晶体场理论等基础研究日益深入和完善。1964年，高效YVO4∶Eu和Y2O3∶Eu红色荧光粉和1968年Y2O2S∶Eu红色荧光粉的发明，并很快被应用于彩色电视显象管（CRT）中。步入70年代，无论是基础研究，还是新材料研制及其开发应用进入迅速发展时期。 在20世纪70年代以前，我国稀土发光及材料科学和技术并没有形成，仅中科院物理所对CaS和SrS体系中掺Eu、Sm、Ce离子的红外磷光体的光致发光性能，以及在ZnS∶Cu或Mn的电致发光材料中某些稀土离子作为掺杂剂对性能影响进行少量的研究。所用稀土材料全部进口，价格比黄金还贵。 20世纪70年代中科院长春物理所抓住机遇，将这一时期国际上大量的新科研成果引入翻译出版向全国介绍，起"催化剂"作用；同时有一批从事稀土分离的化学科技工作者也纷纷转入从事稀土发光及材料科研和开发工作，加之彩电荧光粉会战，使这一新兴学科在我国正式起步并不断发展。 20世纪60和70年代国际稀土发光材料发展和我国稀土冶炼及分离工业崛起，许多单位跟踪国际上已有成效的工作，纷纷开展稀土离子发光性能研究，以及许多不同用途、不同体系的稀土发光功能材料的研发工作，这里特别应指出的彩电荧光粉成为全国会战任务。 根据当时国内外发展，1973年国家计委下达彩电荧光粉全国会战任务，由中科院长春物理所任组长单位，组织北京大学、北京有色金属研究总院、南京华东电子管厂、北京化工

上转换发光机理与发光材料整理

上转换发光机理与发光材料 一、背景 早在1959年就出现了上转换发光的报道，Bloemberge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，Auzel在研究钨酸镱钠玻璃时，意外发现，当基质材料中掺入Yb3+离子时，Er3+、H03+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。 二、上转换发光机理 上转换材料的发光机理是基于双光子或者多光子过程。发光中心相继吸收两个或多个光子，再经过无辐射弛豫达到发光能级，由此跃迁到基态放出一可见光子。为了有效实现双光子或者多光子效应，发光中心的亚稳态需要有较长的能及寿命。稀土离子能级之间的跃迁属于禁戒的f-f 跃迁，因此有长的寿命，符合此条件。迄今为止，所有上转换材料只限于稀土化合物。 三、上转换材料 上转换材料是一种红外光激发下能发出可见光的发光材料，即将红外光转换为可见光的材料。其特点是所吸收的光子能量低于发射的光子能量。这种现象违背了Stokes定律，因此又称反Stokes定律发光材料。 1、掺杂Yb3+和Er3+的材料Yb3+(2F7/2→2F5/2)吸收近红外辐射，并将其传

递给Er3+，因为Er3+的4I11/2能级上的离子被积累，在4I11/2能级的寿命为内，又一个光子被Yb3+吸收，并将其能量传递给Er3+，使Er3+离子从4I11/2能级跃迁到4F7/2能级。快速衰减，无辐射跃迁到4S3/2，然后由 4S 3/2能级产生绿色发射（ 4S 3/2 → 4I 15/2 ） ，实现以近红外光激发得到绿 色发射。 2、掺杂Yb3+和Tm3+的材料 通过三光子上转换过程，可以将红外辐射转换为蓝光发射。第一步传递之后，Tm3+的3H5能级上的粒子数被积累，他又迅速衰减到3F4能级。在第二部传递过程中，Tm3+从3F4能级跃迁到3F2能级，并又快速衰减到3H4。紧接着，在第三步传递中，Tm3+从3H4能几月前到1G4能级，并最终由此产生蓝色发射。 3、掺杂Er3+或Tm3+的材料 仅掺杂有一种离子的材料，是通过两步或者更多不的光子吸收实现上转换过程。单掺Er3+的材料，吸收800nm的辐射，跃迁至可产生绿色发射的4S3/2能级。单掺Tm3+的材料吸收650nm的辐射，被激发到可产生蓝色发射的1D2能级和1G4能级。 四、优点 上转换发光具有如下优点：①可以有效降低光致电离作用引起基质材料的衰退；②不需要严格的相位匹配，对激发波长的稳定性要求不高；③输出波长具有一定的可调谐性。 五、稀土上转换材料的应用 随着频率上转换材料研究的深入和激光技术的发展，人们在考虑

稀土上转换发光材料应用文章

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)。

碳纳米管的研究进展

碳纳米管的研究进展* 王全杰1,2** 王延青1*** （1. 陕西科技大学资源与环境学院，陕西 西安 710021；2. 烟台大学化学生物理工学院， 山东 烟台 264005） 摘要：碳纳米管是由石墨层片卷成的管状结构的一种新型纳米材料，拥有独特的物理化学、电学、热学和机械性能以及十分诱人的应用前景。文章对碳纳米管的制备方法、性质、纯化及应用前景进行了简要的综述。 关键词：碳纳米管；合成；性能；纯化；应用 中图分类号G 311 文献标识码 A Progress of Research for Carbon Nanotubes Wang Quanjie 1,2,Wang Yanqing 1 （1.College of Resource and Environment，Shaanxi University of Science and Technology，Xi’an 710021,China；2. Chemistry and Biology College，Yantai University，Yantai 264005,China）Abstract: Carbon nanotubes are a new class of nano-material with tubular structure formed via rolling-up of coaxial sheets of graphite. They have unique physicochemical, electrical, thermal and mechanical properties, opening up various intriguing possibilities for applications. The preparation methods, properties, methods of purification and application of carbon nanotubes are briefly reviewed. Key words: carbon nanotubes；synthesis；property；purification；application 自1991年日本科学家Lijima发现碳纳米管(Carbon Nanotubes,简称CNTs)，1992年Ebbesn等人提出了实验室规模合成碳纳米管的方法后，其独特的结构和物理化学性质受到人们越来越多的关注[1]。碳纳米管因具有尺寸小、机械强度高、比表面大、电导率高、界面效应强等特点,从而使其具有特殊的机械、物化性能，在工程材料、催化、吸附、分离、储能器件电极材料等诸多领域中具有重要的应用前景。 *基金来源：山东省科技攻关项目（2008GG10003020） **第一作者简介：王全杰，男，1950年生，教授 ***通讯联系人

稀土发光

l 设为首页 l 加入收藏 l 联系我们　 飞达光学网光学技术光纤通讯 激光技术 光电技术 技术动态 产业新闻 实用查询 软件下 飞达光学网：　技术文章　/ 光学技术　/ 光学理论　/ 稀土发光材料　 稀土发光材料 2004-04-15 飞达光学网 人气: 1633 【字体：大　中　小】 稀土发光材料　 自古以来，人类就喜欢光明而害怕黑暗，梦想能随意地控制光，现在我们已开发出很多实用的发光材料。在这些发光材料中，稀土元素起的作用很大，稀土的作用远远超过其它元素。 一、稀土发光材料 物质发光现象大致分为两类：一类是物质受热，产生热辐射而发光，另一类是物体受激发吸收能量而跃迁至激发态（非稳定态）在反回到基态的 过程中，以光的形式放出能量。以稀土化合物为基质和以稀土元素为激活剂的发光材料多属于后一类，即稀土荧光粉。稀土元素原子具有丰富的电子能级，因为稀土元素原子的电子构型中存在4f 轨道，为多种能级跃迁创造了条件，从而获得多种发光性能。稀土是一个巨大的发光材料宝库，在人类开发的各种发光材料中，稀土元素发挥着非常重要的作用。 自1973年世界发生能源危机以来，各国纷纷致力于研制节能发光材料，于是利用稀土三基色荧光材料制作荧光灯的研究应运而生。1979年荷兰菲利浦公司首先研制成功，随后投放市场，从此，各种品种规格的稀土三基色荧光灯先后问世。随着人类生活水平的不断提高，彩电已开始向大屏幕和高清晰度方向发展。稀土荧光粉在这些方面显示自己十分优越的性能，从而为人类实现彩电的大屏幕化和高清晰度提供了理想的发光材料。 稀土荧光材料与相应的非稀土荧光材料相比，其发光效率及光色等性能都更胜一筹。因此近几年稀土荧光材料的用途越来越广泛，年用量增长较快。 根据激发源的不同，稀土发光材料可分为光致发光（以紫外光或可见光激发）、阴极射线发光（以电子束激发）、X 射线发光（以X 射线激发）以及电致发光（以电场激发）材料等。 站内搜索 高标题 ×?ê????? ??ê??ˉì? 2úòμD??? ?óòμììμ? 光学技术 光学理论 光学工艺 光学设计 薄膜技术 光存储技术　 光纤通讯 光通讯基础理　光纤技术 光器件 光网络　 激光技术 理论研究 激光器件 激光加工 　 　激光应用 光学军事应用 光电技术 红外与夜视 光电显示 光机电一体化　自动控制 电子技术　 其它相关 光学软件/软件　电子资源 物理基础