上转换发光材料
• 上转化纳米材料料在
肿瘤靶向成像中的应用
上转换发光材料的应用
• 生物成像
• 防伪技术
• 红外探测 • 显示技术
上转换发光材料的应用（二）
• 掺有稀土元素的红外上转换材料配制成无色的油墨
上转换发光材料的应用（二）
激励波长（μ m）
发射波长（μ m）
上转换发光材料的应用（二）
上转换发光材料的应用（二）
机理
可以把上转换过程归结为三种形式：激发态吸收 、能量传递及光子雪崩
发光机理
一.激发态吸收
发光机理
二.能量传递
发光机理
三.光子雪崩
上转换发光效率影响因素
基质特性
稀土离子浓度 发光中心的能级结构 温度环境
1.
2. 3. 4.
上转换发光的优点
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
这种红外上转换油墨也适用于塑料薄膜,
可以方便地与现有的激光全息防伪标识结
合在一起, 起到综合防伪作用
上转换发光材料的应用
• 生物成像
• 防伪技术
• 红外探测 • 显示技术
发展趋势
• 目前，上转换理论日趋完善，新产品层出不穷。随着节能 环保成为发展主流，稀土材料越来越受到重视，如果能对 稀土离子的电荷迁移带做充分研究,利用它对激发光能量
分类
• 根据基质材料可分为5类，包括氟化物、氧化物、氟氧化 物、卤化物和含硫化合物。 • 其中就上转换发光效率而言，一般认为氯化物＞氟化物＞ 氧化物，这是单纯从材料的声子能量方面来考虑的，这个 顺序恰与材料的结构稳定性顺序相反。
• NaYF4是目前上转换发光效率最高的基质材料
发展历程
1959年，Bloeberge用960nm的红外 光激发多晶ZnS ，观察到 525nm的 绿色发光。 1962年，此种现象又在硒化物中得 到了进一步的证实。 1966年， 法国科学家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，Er 3+、 Ho3+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” 的概念
发展 历程
1968年，制出第一个有实用价值的上 转换材料LaF3，一时间Yb,Er 成为研 究热点； 20世纪 90年代初： 在低温下(液氮温 度)在掺Er3+：CaF2晶体中上转换发光 效率高达25% 近年来，纳米材料的小尺寸效 应、高比表面效应、量子效应 等优点使纳米材料成为稀土离 子上转换发光领域中一个新的 研究热点，尤其是镧系掺杂发 光材料的研究最多 。
发出红外线。但是后来人们发现，
其实有些材料可以实现与上述定律 正好相反的发光效果，于是我们称 其为反斯托克斯发光，又称上转换 发光。
分类
• 根据掺杂离子分类可将上转换材料可分为单掺和双掺两种 • 单掺材料利用稀土离子f-f禁戒跃迁，效率不高。
• 双掺稀土离子则是以高浓度掺入一个敏化离子，其激发态
高于激活离子激发亚稳态，因此可将吸收的红外光子能量 传递给这些激活离子，发生双光子或多光子加和，从而实 现上转换过程。
上转换发光材料的应用
• 生物成像
• 防伪技术
• 红外探测 • 显示技术
上转换发光材料的应用（一）
UCNPs ——稀土上转换发光纳米材料
• 激光扫描上转换发光显微成像 (laser scanning up-conversion luminescence microscopy, LSUCLM) 技术
上转换发光材料的应用（一）
优点：
• 1) 无背景干扰，具有较高选择性和灵敏性 • 2) 光漂白非常低，可用于长期成像 • 3) 廉价的近红外连续激光器 • 4) 能显示复杂的生物样品中更多的细节。
• 5) 对生物组织几乎无损伤
上转换发光材料的应用（一）
• 基于上转换发光的活体成像技术
上转换发光材料的应用（一）
的宽带吸收和对稀土激活离子的能量传递，提高发光效率
，将带来巨大的发展前景
• 寻求新的发光机制
• 更合适的基质材料 • 提高发光效率
概念、分类 发展历程 主要 内容 机理 应用 发展趋势
什么是上转换发光材料？
上转换发光，即：反-斯托克斯发光
（Anti-Stokes），由斯托克斯定律
而来。斯托克斯定律认为材料只能 受到高能量的光激发，发出低能量 的光，换句话说，就是波长短的频 率高的激发出波长长的频率低的光。 比如紫外线激发发出可见光，或者 蓝光激发出黄色光，或者可见光激
定性要求不高；
③ 输出波长具有一定的可调谐性。
上转换发光材料的应用
• 稀土上转换材料在功能材料方面呈现了强劲的发展趋势。 • 应用领域包括： 照明 建筑装饰 工艺美术 农业 军事 生物 医学
上转换发光材料的应用
• 主要应用为： 电光源照明 大屏幕显示器材料 夜明材料 电视显色材料
X射线荧光粉与闪烁体等
LSUCLM技术的光路图
上转换发光材料的应用（一）
灵敏性： 以 UCNPs 为探 针的 LSUCLM 成像方 法，能够完全消除来 自内源性荧光物质和 同时标记的荧光染料 的背景干扰，对所要
成像的对象具有高灵
敏度。
上转换发光材料的应用（一）
LSUCLM和普通共聚焦荧光显微镜成像的光漂白情况比较 DiI——红色 DAPI——蓝色 UCNPs——绿色 ———LSUCLM的光漂白非常低
