为了拓展染料掺杂聚合物光纤的应用范围, 利用甲基丙烯酸甲酯(MMA)单体合成了掺有Coumarin 540和Rhodamine 6G两种激光染料的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)聚合物玻璃棒, 并将其拉制成直径约1 000 μm的聚合物光纤。以市售LED灯为光源, 在侧向照明和前端照明两种条件下分别研究了染料掺杂的聚合物光纤中染料的荧光、荧光传输损耗以及光纤的光谱下转换等性质。两种染料的Stokes波长红移幅度分别达到70 nm和50 nm。在掺杂浓度分别为0.01 mg/g 和 0.04 mg/g时, 侧向照明条件下测得两种光纤分别对520 nm和577 nm的荧光的传输损耗为0.336 cm-1和0.343 cm-1。在前端照明条件下, 在光纤输出端获得了较高下转换效率的光谱输出, 其转换效率与染料掺杂浓度和光纤长度有关。这种染料掺杂的聚合物光纤有可能与石英玻璃光纤耦合, 对其所传输的光进行光谱下转换的光频调控以更好地满足不同的应用需求。

表面缺陷会使纳米材料的发光中心产生严重的猝灭, 而适当厚度的同质包覆层会减少其猝灭。本文利用共沉淀法合成了LaF3∶Eu3+纳米颗粒和LaF3∶Eu3+/LaF3核壳结构纳米颗粒, 研究了颗粒的晶体结构、形貌以及不同壳层厚度对发光性能的影响。研究发现: LaF3∶Eu3+核心和LaF3∶Eu3+/LaF3核壳结构均为六方结构。包覆同质壳层可以提高稀土离子的发光性能, 包覆厚度的不同导致LaF3∶Eu3+/LaF3核壳结构的荧光强度与衰减时间均发生改变。其原因是未掺杂的LaF3壳层可以将发光中心Eu3+离子与LaF3∶Eu3+核心的表面隔离, 进而减少表面对发光中心的猝灭, 提高材料的发光性能。这种修饰作用与壳层厚度相关。

采用高温固相法合成了Al18B4O33∶Cr3+荧光粉, 使用X射线粉末衍射仪和FSEM对样品的结构和形貌进行了表征, 采用荧光分光光度计及紫外分光光度计研究了样品的发光性质及光吸收性质。结果表明, 在紫外光或530～630 nm可见光激发下, 样品能够发射出660～720 nm的红光, 两个发射峰分别位于683 nm和694 nm, 其最佳激发波长为590 nm。当原料中Al和B的量比为3.5时, 样品的发光最强。初步分析了H3BO3的加入对样品发光影响的机理。样品的最佳煅烧温度为1 150 ℃。随着Cr3+掺杂浓度的升高, 样品发光增强, 但发光效率降低。样品的漫反射光谱表明, 样品对绿光、黄橙光及紫外光有较强的吸收, 是一种潜在的优良农用转光剂材料。

Er3+/Yb3+ 共掺的碲酸盐玻璃由于其良好的上转换发光性能而得到广泛的研究。本文将氟化物引入碲酸盐玻璃中, 通过熔融法制备了量比为70TeO2-(30-x)ZnO-xZnF2-0.15Er2O3-1.5Yb2O3(x=0,5,10,15,20)的碲酸盐氧氟玻璃样品, 并测试其热稳定性、拉曼光谱以及受激发射光谱。实验结果表明, 随着氟化物含量的提高, Er3+离子的410,555,670 nm上转换发光和2~3 μm波段中红外发光得到增强, 并且红光提高强度比绿光和蓝光更明显。在分析了氟离子引入后对上转换与近中红外波段发光的内在影响机制发现: 碲酸盐玻璃系统中的氟化物一方面促进能量传递过程中Er3+离子的双光子吸收, 促进粒子跃迁至相应的高能级; 另一方面, 引入氟化物后的碲酸盐玻璃的最大能量声子态密度下降也是降低无辐射跃迁概率、提高上转换和中红外发射强度的重要原因。

采用高温溶剂热法制备了一系列不同Yb3+掺杂浓度的上转换发光纳米粒子β-NaYF4∶Yb,Tm和核壳结构的β-NaYF4∶Yb,Tm@β-NaYF4∶Yb纳米粒子。 采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)、光致发光(PL)谱对材料的物相结构、形貌特征和发光性质进行了表征和研究, 并特别研究了温度对材料发光性能的影响。结果表明: 保持Tm3+浓度不变, 随着Yb3+掺杂浓度的增加,β-NaYF4∶Yb,Tm的发光强度先增大后减小。当Yb3+掺杂摩尔分数为30%时,474 nm和645 nm处的发光强度达到最大值; 当Yb3+掺杂摩尔分数为50%时,450 nm和692 nm处的发光强度达到最大值。在β-NaYF4∶Yb(30%),Tm上包裹一层β-NaYF4∶Yb壳层后, 其发光显著增强, 随壳层Yb3+摩尔分数的增加, 发光强度也是先增大后减小。当壳层Yb3+摩尔分数为10%时, 核壳结构纳米粒子的发光强度达到最大值; 当壳层Yb3+摩尔分数达到40%时, 核壳结构纳米粒子的发光强度已经低于未包裹时。将样品进行热处理后, 荧光增强。样品的发光强度随环境温度的升高, 红光变弱, 蓝光增强。采用原位聚合法将β-NaYF4∶Yb,Tm纳米粒子与PMMA制成复合材料后, 仍能保持较好的透明度和发光强度。

采用高温固相法制备了新型近红外长余辉材料Zn3Al2Ge2O10∶Cr3+, 利用X射线衍射、荧光光谱和余辉衰减曲线等对合成的样品进行了分析。结果表明: 样品Zn3Al2Ge2O10∶Cr3+是Ge4+取代ZnAl2O4∶Cr3+尖晶石中的部分Al3+而形成的固溶体。在397 nm光的激发下, 发射光谱主要由两个明显的窄峰叠加在Cr3+离子的自旋允许跃迁4T2→4A2辐射的宽发射带上。发光强度随着Cr3+离子掺杂浓度的增大和煅烧温度的升高而出现浓度猝灭及温度猝灭现象。当Zn3Al2－xGe2O10∶xCr3+中的Cr3+离子掺杂量x为2%且煅烧温度为1 350 ℃时, 样品的近红外发光及余辉强度最大。材料的余辉持续时间超过300 h, 余辉发射谱峰位与荧光发射光谱中的N线一致, 均位于697 nm附近。最后分析了煅烧温度对样品余辉性能的影响, 并对材料的余辉机制进行了探讨。

利用简单、温和的二步水浴法制备一种大面积自支撑、可自由迁移的Ag掺杂ZnO花状纳米线阵列。通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)、元素能谱(EDS)、X射线衍射谱(XRD)、室温和变温光致发光谱(PL)等一系列表征手段对所制备的自支撑Ag掺杂ZnO纳米线阵列进行了研究。研究结果显示: 这种自支撑纳米材料具有良好的晶体质量和光学性质, 在低温(85 K)下显示出A0X和FA为主导的受主相关发射峰, 通过理论公式计算受主结合能为118 meV。在变温光致发光光谱中, FA发射峰位随温度的变化符合理论模型。

分别利用高温固相法和高能球磨法, 在反应温度为1 100 ℃、反应时间为2 h的条件下合成了以Y2O3、La2O3、LiTaO3为基质的双掺和三掺Tm3+、Er3+、Yb3+发光粉。XRD测试结果表明, 高能球磨法制备的Y2O3、La2O3、LiTaO3材料的相纯度高于高温固相法。用980 nm红外激光分别对两种合成方法制得的样品粉末进行发光性质的检测, 结果表明高能球磨法制得样品的发光强度高于高温固相法样品。不同基质样品的上转换发光性质表现为: Tm3+、Yb3+掺杂呈蓝光; Er3+、Yb3+掺杂呈黄光; Tm3+、Er3+、Yb3+三掺样品的发光减弱, 颜色可调。

采用高温固相法合成Sr3B2O6∶Eu3+,Li+红色荧光粉, 考察了激活剂Eu3+和电荷补偿剂Li+浓度对Sr3B2O6∶Eu3+,Li+荧光粉发光性能的影响。结果表明: 适量掺杂Eu3+、Li+离子并不改变Sr3B2O6的结构。当Eu3+掺杂量为4%、Li+的掺杂量为8%时, 在900 ℃下灼烧2 h可以得到发光性能最佳的Sr2.9B2O6∶0.04Eu3+,0.08Li+红色荧光粉。以394 nm的近紫外光激发时, Sr3B2O6∶Eu3+, Li+荧光粉发射出红光, 对应于Eu3+的4f-4f 跃迁, 其中以614 nm附近的5D0→7F2跃迁发光最强, 是一种有潜力用于白光LED的红色荧光粉。

采用喷涂技术制备聚3,4-乙撑二氧噻吩∶聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT∶PSS)有机层薄膜, 系统研究了乙醇、去离子水、甲醇、异丙醇和乙二醇等稀释溶剂对PEDOT∶PSS薄膜形貌、透过率及导电性能的影响。将PEDOT∶PSS薄膜应用于有机太阳能电池器件的制备, 研究了不同溶剂对器件性能的影响。实验结果表明: 采用乙醇稀释PEDOT∶PSS溶液, 能有效抑制PEDOT∶PSS颗粒团聚, 降低薄膜粗糙度, 提高薄膜的透过率和导电性。以其制备的太阳能电池器件的能量转换效率明显高于其他溶剂稀释, 转换效率为2.66%。

研究了基于新型骨架7-(9H-carbazol-9-yl)-N,N-diphenyl-9,9′-spirobi［fluoren］-2-amine (CzFA)双极性主体材料的红色电致磷光器件的光电特性。研究结果表明: 将红色磷光染料iridium (Ⅲ) bis ［2-methyldibenzo-(f,h) quinoxaline］(acetylacetonate) (Ir(MDQ)2(acac)) 掺杂到CzFA主体材料中, 以其制备的电致发光器件具有优良的特性, 最大电流效率为27.8 cd/A, 最大功率效率为21.8 lm/W, 最大功率效率几乎是先前报道的主体材料为CBP器件(13.7 lm/W)的1.6倍。这种咔唑-螺二芴-二胺基团所组成的双极性主体材料对于提升磷光器件的性能起到了重要的作用。

报道了一台激光二极管(LD) 端面抽运Nd∶YVO4晶体腔内倍频和腔外和频相结合的声光调Q准连续355 nm 紫外激光器。采用LD端面抽运双侧翼键合YVO4基质的Nd∶YVO4晶体, 在腔内置入Ⅰ类相位匹配的LiB3O5(LBO) 晶体进行倍频实现1 064 nm和532 nm双波长准连续激光输出, 通过消色差透镜将双波长激光聚焦耦合到Ⅱ类相位匹配的LBO 晶体中进行和频, 并采用双向和频光路, 获得了高效率、高光束质量、高重复频率的准连续355 nm 紫外激光输出。在抽运功率为28.6 W、重复频率为20 kHz时, 355 nm激光最大输出功率4.2 W, 脉宽为20.6 ns, 光-光转换效率为14.7%, 激光器光束质量因子Mx2和My2分别为1.29和1.23。

使用全溶液法制备聚合物白光器件, 通过引入修饰层并改变各层薄膜厚度来优化器件性能。针对ITO 阴极功函数较高的问题, 引入功函数较低的蓝光聚芴衍生物: 聚［9,9-二辛基芴-9,9-双(N,N-二甲基胺丙基)芴］(PFN), 有效地降低了阴极的复合功函数。同时PFN也是电子注入材料和发光材料。为降低器件的启动电压, 引入Cs2CO3作为修饰层, 同时也提高了电子传输能力。使用MEH-PPV作为橙红光材料。使用二次溶剂掺杂获得的高导ＰＥＤＯＴ∶ＰＳＳ聚合物并通过滴膜的方法制备阳极取代了传统的金属电极真空镀膜法, 从而使器件制备简单、快捷。最终得到了湿法制作的聚合物白光器件的光谱范围为400～800 nm, 涵盖了整个可见光区域。器件的启亮电压为4 V, 亮度为1 500 cd/m2, 电流效率为0.55 cd/A。

采用并五苯(Pentacene)和酞菁铅(PbPc)两种有机材料作为有源层, 制备了异质结有机光敏场效应管。在波长为808 nm、强度为124 mW/cm2的近红外光照条件下, 异质结phOFET获得最大的光暗电流比达4.4×104, 栅压为-50 V时的最大光响应度为118 mA/W, 比单层酞菁铅phOFET分别高出766倍和785倍。在经过120 h后, 器件的最大光暗电流比和最大光响应度分别稳定于5.4×104和326 mA/W附近。由于在异质结phOFET中采用了对近红外光具有高吸收效率的酞菁铅作为光敏层, 而高空穴迁移率的并五苯材料作为靠近栅介质的沟道层, 光生载流子的产生与传输能力得到了有效的提高。实验结果表明, 基于并五苯/酞菁铅的有机异质结应用于光敏有机场效应管的结构设计中, 可以使phOFET成为一种同时具有良好光敏性及稳定性的近红外光探测器件。

通过采用在并五苯薄膜与源漏电极之间插入10 nm 并五苯掺杂的N,N′-二苯基-N,N′-二(3-甲基苯基)-1,1′-联苯-4,4′-二胺薄膜的方法研究了基于并五苯有源层的底栅错面型有机薄膜晶体管的电学特性。研究发现: N,N′-二苯基-N,N′-二(3-甲基苯基)-1,1′-联苯-4,4′-二胺的引入可以有效改善有源层和源漏电极接触界面的表面形貌,利于形成欧姆接触, 从而改善器件性能, 最终使优化器件的迁移率由 (0.1±0.01) cm2/(V·s) 提升至 (0.31±0.02) cm2/(V·s), 阈值电压由(－34.6±1.3) V 降至 (－30.1±1.2) V。

通过引入具有电子传输性能的噁二唑衍生物支链, 采用Suzuki偶联反应, 设计并合成了一种新型的蒽衍生物蓝光材料, 同时研究了它的光学性能、热学性能、电化学性能以及成膜性。研究结果表明, 该化合物在四氢呋喃溶液中发射蓝色荧光, 最大发射波长为433 nm, 其荧光量子效率为0.94, 是9,10-二(β-萘基)蒽(ADN)的1.17倍。该化合物薄膜经过100 ℃高温烘烤3 h, 依然保持连续、均一、平整的无定型结构, 是制备长寿命、高效率OLED的很有潜力的材料。

利用溶胶-凝胶技术与电子束蒸镀相结合的方法在常温下制备了叠层V2O5/Ag/V2O5(VAV)透明导电薄膜, 研究了各层薄膜厚度对叠层结构光电特性的影响。用原子力显微镜、紫外-可见光分光光度计、四探针电阻仪及开尔文探针对样品的表面形貌、光电性能及功函数等性质进行了表征。实验结果表明, 该薄膜具有良好的光学和电学性质, 可见光(380~780 nm)平均透过率达75%,迁移率为16.89 cm2/(V·s), 载流子浓度为－1.043×1022 cm-3, 方块电阻值为15.1 Ω/□, 功函数为5.17 eV。该制备方法降低了V2O5薄膜的工艺制备难度, 为该材料在太阳能电池中的应用创造了良好的前期基础。

合成了以水杨醛甘氨酸席夫碱(Sal-GlyK)、邻菲罗啉(Phen)和2,2′-联吡啶(Bipy)为配体、Eu3+、La3+为中心的配合物。对其进行了元素分析和摩尔电导、红外光谱及紫外吸收光谱测定, 推测配合物的组成分别为RE(Sal-Gly)(NO3)·2H2O和RE(Sal-Gly)(Phen)(NO3)·H2O、RE(Sal-Gly)(Bipy)(NO3)·H2O(RE3+=Eu3+, La3+)。通过紫外吸收光谱及荧光光谱研究了稀土配合物与小牛胸腺DNA的作用方式及其结合常数。结果表明, 本文合成的配合物与DNA的结合能力的顺序为RE(Sal-Gly)(Phen)(NO3)·H2O＞RE(Sal-Gly)(Bipy)(NO3)·H2O ＞RE(Sal-Gly)(NO3)·2H2O, 表明配合物是以插入方式与DNA结合, 含有良好平面性和较大表面积配体的配合物可以更好地插入到DNA的碱基对中。

用荧光光谱法研究了拜复乐(MXFX)与小牛胸腺DNA(ctDNA)之间的相互作用。在pH=7.4的Tris-HCl缓冲溶液中, MXFX的荧光激发峰和发射峰分别位于291 nm和462 nm。ctDNA的加入对MXFX的荧光有静态猝灭作用, 这种荧光静态猝灭作用是由ctDNA和MXFX结合引起的, 作用力为氢键或范德华力, 结合常数为1.28×105 L/mol(25 ℃)。采用离子强度的影响、碘离子猝灭及溴乙锭竞争作用实验研究了MXFX与ctDNA间的相互作用, 结果表明MXFX与DNA的结合是MXFX嵌入到DNA中相邻2个碱基对之间, 属于嵌入结合模式。

采用双极脉冲磁控溅射系统, 在不同氧气含量的氩氧混合气体中制备了单层镍-铬金属-电介质复合光谱选择性吸收薄膜。采用X射线衍射仪(XRD)、激光共焦显微拉曼光谱仪、椭偏仪和紫外-可见-近红外分光光度计分别对薄膜的物相结构和光学特性进行了表征。结果表明: 实验获得了由金属镍和镍、铬的氧化物(NiO、Cr2O3)组成的复合膜, 薄膜对300～1 200 nm波段的太阳光有较强的吸收,而对波长大于1 200 nm的太阳光则吸收较弱, 具有良好的光谱选择性, 可用作高效太阳光谱选择性吸收涂层。

针对溶解氧浓度微量探测的现实需求, 提出了一种基于荧光猝灭原理、利用多孔光纤实现的溶解氧浓度测定新方法。该方法将钌联吡啶［Ru(dpp)3］Cl2掺杂的凝胶薄膜修饰在多孔光纤的内壁上, 制备了一种溶解氧测定探头并对其测试性能进行表征。光纤贯穿整个长度的孔洞结构既可以作为敏感膜的载体, 也可以作为待测物流过的通道和反应场所。与传统测试方法相比, 该测试探头的多孔道结构显著提高了比表面积, 指示剂可以与溶解氧直接反应, 提高了探头的敏感性并且具有微量探测的潜力。实验结果表明, 在0～20 mg/L的浓度范围内, Stern-Volmer曲线近似线性, 响应敏感度I0/I为3.6, 响应时间为200 ms。该测试方法在溶解氧微量探测领域具有重要用途。

基于铜离子与碳点的荧光猝灭作用, 建立了用碳点作为荧光探针来检测铜离子的新方法。该方法将碳点还原后再嫁接于海藻酸钙, 从而得到一种新型的含还原碳点的海藻酸钙薄膜荧光探针。用荧光分光光度计和紫外-可见分光光度计对探针的荧光特性以及探针与金属离子的相互作用进行了研究。研究结果表明: 改性后的荧光探针具有很高的荧光强度, 因此可以根据探针荧光强度的变化实现对铜离子的检测, 并通过乙二胺四乙酸二钠(EDTA)的作用实现对铜离子的重复检测。铜离子浓度在5×10-6～100×10-6 mol·L-1范围内与该荧光探针的荧光猝灭强度呈良好的线性关系。该方法不仅可以对铜离子检测, 更实现了对碳点的固载, 该技术有望实现荧光探针的回收再利用。