表面等离子体基元对稀土离子荧光的增强效应研究

本项目属于发光学与材料学的交叉领域。国内外关于Au、Ag纳米晶产生的表面等离子体基元(SPP)对稀土离子荧光增强效应的研究虽然才刚起步，但已显示出巨大的应用前景(荧光增强500倍)。项目以稀土离子掺杂的透明氟氧化物微晶玻璃为研究对象，利用氧化物玻璃组分将Au、Ag和氟化物纳米晶隔离的优点，从实验的角度，结合稀土光谱理论如J-O拟合、M.F.Reid能级拟合、能量传递理论等，系统深入地研究SPP对稀土离子荧光的影响。通过材料设计、控制Au、Ag的粒径、空间分布、与氟化物微晶间距等，稀土离子的发光(在某些波段激发下)将增强10-100倍。项目的顺利实施，将有利于开发出高效节能的新型稀土发光材料，拓展目前常用稀土发光材料的应用领域。研究SPP对稀土离子的结构、电子态、振子强度参数、跃迁几率的影响，分析荧光增强机理，将丰富对稀土离子荧光性质的认识。本项目具有非常重要的实用价值和理论意义。

国内外关于Ag 纳米晶产生的表面等离子体基元（SPP）对稀土离子荧光增强效应的研究虽然才刚起步，但已显示出巨大的应用前景（荧光增强500倍)。针对SPP效应对稀土发光的影响研究中存在的诸多问题，我们用吸收谱、激发谱、发射谱和时间分辨光谱（荧光寿命）等系统地研究了Ag、稀土共掺玻璃的荧光性质及稀土荧光增强原理。. 研究发现，Ag在玻璃中存在三种可以共存的中心，分别是：具有SPP效应Ag纳米颗粒；类似于分子的、无SPP效应的ML-Ag小颗粒；Ag+离子。这三种中心均具有各自独特的吸收、激发、发射谱以及荧光寿命。由于ML-Ag和Ag+的发射带与稀土离子激发带在能量上是匹配的，因此存在着从ML-Ag、Ag+到稀土离子的能量传递过程。在稀土离子的非共振激发下，ML-Ag颗粒使得Eu3+荧光增强最高达540倍，Ag+使得Eu3+和（或）Sm3+荧光增强达75倍。并且，此时稀土离子的荧光寿命与未共掺Ag时是相同的。. 另一方面，我们获得了Ag纳米颗粒的SPP效应增强Eu3+荧光的特点：Eu3+的辐射弛豫几率增大，荧光寿命变短且同时发光强度增强。. 另外，项目组首次开发了多种稀土掺杂的微晶玻璃体系并系统研究了荧光性质与发光机理。首次研究了玻璃中(Cu+)2到Eu3+，Cu+到Sm3+，Sb3+到Mn2+等体系的能量传递过程。. 总之，我们的研究结果丰富了Ag成份与稀土离子间相互作用，增强了稀土的荧光，获得了判断荧光增强机理的简单方法，明确了荧光增强时采用的激发波长与SPP吸收峰位的关系。我们的研究成果大多发表在国外著名的物理或材料期刊上，这将对该领域的相关研究产生积极的影响。