纳米上转换环境功能材料制备研究(2)
致 谢26
参 考 文 献27
1 11 1 引言 引言引言 引言
1.1 1.1 1.1 1.1 纳米上转换环境功能材料研究现状 纳米上转换环境功能材料研究现状 纳米上转换环境功能材料研究现状 纳米上转换环境功能材料研究现状
上转换是指将长波长光转换为短波长光发射的过程。其应用涉及短波长激
光、红外探测与显示、生物标记、光学通讯、防伪等领域。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 Stokes 定律，因此又被称为反 Stokes
定律发光材料。稀土元素 Ho3+
，Nd3+
，Tm3+
，Er
3+
都具有丰富的能级，且部分能
级寿命较长，因此有很高的上转换效率，是目前研究较多的上转换材料的激活剂
[1]
。
随着社会的发展，稀土掺杂的上转换荧光粉的应用越来越广泛，在光致发光
材料中，上转换基体材料的种类主要有： 含氟化合物材料体系、 卤化物材料体系、
硅酸钇材料体系以及含硫化合物材料体系， 氟化物和氟氧化物因其声子能量小等
特点而被广泛用于上转换发光材料基质， 但传统的氟化物与氟氧化物存在吸湿性
强，机械强度差，热稳定性差，不易制备等缺点使其在应用方面受到限制[2]。正
Y2SiO5 具有高的热稳定性和化学稳定性以及良好的光学性能，使其在荧光粉、
光学信息存储、X 射线激发发光材料等领域得到广泛应用，是一种优良的发光基
质材料[3]
。稀土掺杂的硅酸盐所制备的上转换材料在物理、化学、生物等方面有
着广阔的应用前景。在生物方面的应用主要为杀菌消毒。在 Y2SiO5中掺杂适当
的稀土元素，使其在可见光的激发下产生紫外段的上转换荧光，紫外段的上转换
荧光具有杀毒灭菌的作用，故该种上转换荧光粉在医院，食品所需的消毒杀菌处
理方面将有着广泛的应用前景，并且该材料有望成为一种改革性的材料。同时稀
土掺杂的上转换荧光粉可以应用于有机污染物降解，由于 TiO2的间隙宽度较大，
故其只能接受紫外段的光来激发，但是紫外光在太阳光所占比例比较小，一般只
有 4%左右，使得其应用受到了一定的限制，而选择合适的稀土在 Y2SiO5中进行
掺杂， 可以在可见光的激发下产生紫外段的上转换光， 故可将稀土掺杂的 Y2SiO5
制备上转换荧光粉与 TiO2进行掺杂，从而可以比较有效的激发 TiO2，经掺杂后
的 TiO2 对有机物的降解性能将得到显著提高。鉴于上转换材料这种较好的转换
功能，也有人将其应用于太阳能薄膜电池中，掺杂适当的稀土元素制备而成的
Y2SiO5 可以将红外光转换成可见光从而大大的提高了太阳能电池的利用效率，
同时上转换材料也可以应用于防伪条形码中，稀土掺杂的 Y2SiO5的发光过程可
以是双光子过程，通过制备白色、超细、无、在普通光条件下观察不到的上转
换材料，将其掺杂在条形码中可进一步其提高防伪效果。稀土掺杂的上转换材料
在物理方面应用最广， 如三基色灯。 三基色灯的三种色调一般为红、 蓝、 绿， Y2SiO5
掺杂适当元素及选择适当的掺杂量可以分别产生红、蓝、绿，因此稀土掺杂的
Y2SiO5 上转换发光材料在该方向有着广泛的应用。同时这种上转换材料在发光
二极管，平板显示器，高清投影电视，场发射显示器，阴极射线管等领域有着广
泛的应用[2-5]。