单颗粒稀土掺杂微纳晶体的荧光特性及调控机理研究

Rare earth (RE) ion doped luminescent materials have been widely applied in many areas such as photoelectric devices, biological imaging and therapeutics, which is due to their unique optical properties. The objective of the current project is to investigate the fluorescence properties of RE doped single micro/nano-crystal and its composite structure through a high resolution and sensitivity confocal microscopy setup. The properties of fluorescence emission are investigated by tuning matrix properties, configuration and excitation environment conditions for single isolated particles. To research the nature of the fluorescence emission, the interaction between RE ions and between RE ions and single micro/nano-crystal, which can effectively reveal the physical mechanism and excavate potential applications in optoelectronic devices. A flexible micro/nano-fluorescence detection system with high sensitivity and stability is expected to be established, and the fluorescence emission and spectrum regulation mechanism of RE ion doped single micro/nano-luminescence system will be revealed through the current project. The result of the project could provide important theoretical and experimental basis for the development of RE ions doped micro/nano-spectroscopy, and lay a solid foundation for expanding the micro/nano- luminescent material and develop new applications in the field of photoelectric display and biological medicine.

稀土微纳发光材料由于其独特的光学特性已被广泛应用于光电器件、生物成像及医疗等领域。本项目拟借助自行设计和搭建的高分辨高灵敏共聚焦显微荧光测试系统，以稀土离子掺杂的单颗粒微纳晶体及其复合体系为研究对象，通过改变基质特性、构型及激发环境等条件，系统分析荧光发射特性。研究发光离子间及发光离子与不同体系间的相互作用性质，揭示单颗粒微纳晶体荧光调控的物理机理及影响规律，发掘单颗粒稀土掺杂微纳晶体在微纳光电子器件中的潜在应用。本项目的实施将在揭示稀土掺杂单颗粒发光体系的荧光发射特性及光谱调控机理的同时，建立和完善具有高灵敏性和稳定性、易于搭建和操作的微纳荧光探测系统，相关研究成果为稀土掺杂光谱学的发展提供重要理论和实验依据，同时为拓展稀土微纳发光材料在光电显示及生物医学等领域中的新应用奠定坚实基础。

稀土掺杂的微纳发光材料由于其独特的结构、形貌及光学特性已被广泛应用于显示、激光器、光电器件、防伪、生物医学等领域中，并不断向新领域拓展。本项目主要是借助自行设计的高分辨高灵敏共聚焦显微荧光测试系统，以稀土掺杂单颗粒微纳氟化物晶体及构建的复合结构为研究对象，通过离子共掺技术及改变其激发方式和条件，研究不同单颗粒及复合体系中发光中心的上转换荧光发射特性，并对其荧光发射特性及调控机理展开一系列的研究。通过调控掺杂离子的浓度，实现荧光发射精确调控，即实现绿光向红光转变或者单带红光发射。以发光动力学过程为依据，系统研究发光离子间及发光离子与不同体系间的相互作用关系及相应的能量传递效率，揭示单一颗粒体系间与粉末样品中发光中心的发光特性及激发环境对发光中心的影响规律，同时对单颗粒的测试技术进行不断探索，不断提高该套测试系统的灵敏度及准确性，为后期的实验研究提供更为精确的光谱测试数据。通过对上述内容的系统研究，实验结果证实共聚焦显微荧光测试系统不仅可对单颗粒样品进行更为细致、精密荧光光谱信号探测，而且为深入研究不同离子间的相互作用提供新思路及途径。同时通过离子掺杂技术、构建不同核壳结构及金属复合结构实现了荧光发射可控调节，定量得出离子间能量转移效率及增强倍数。为此，本项目的实施有效揭示稀土掺杂单颗粒发光体系的荧光发射特性及光谱调控机理，为稀土掺杂光谱学的发展提供重要理论和新的测试平台，为进一步发掘单颗粒稀土掺杂微纳晶体在微纳光电子器件、深度防伪、可控光催化等领域中的应用提供可靠的实验依据。