Yb3+激活荧光材料的陷阱调控及近红外长余辉发光机制研究

The application of long-lasting phosphorescence (LLP) material for in vivo imaging is limited due to the lack of the varieties, dissatisfactory performances and the unclear luminescent mechanism. To solve these problems, rare earth ion Yb3+ is utilized in this research proposal, which has an excellent near-infrared property. This research is focused on the controlling of the trap levels in Yb3+ excited phosphors. It aims to understand the mechanisms and the methods of the controlling of trap in one or more LLP hosts. Through a variety of means to reveal the relationships between the LLP and the natures of crystal defects, trap level and elements of valence; to clear the physical processes of irradiation energy storage, transfer and emission. Through the completion of the project, we can achieve the effective controlling strategies and approaches of the trap levels in near-infrared LLP materials and synthesized a kind of Yb3+ activated LLP luminescence materials, which have potential applications in the fields of cell biology, pharmacology and diagnostics. Therefore, this project can provide a theoretical basis for synthesizing other rare earth ions activate LLP materials and hence plays a very significant role in both academic and application field.

丰富近红外长余辉发光材料种类，提高近红外长余辉发光性质，明确长余辉发光机理对拓展长余辉材料在生物活体成像领域的应用具有重要意义。针对这些问题本项目利用Yb3+离子具有优秀的近红外发光的特性，对Yb3+离子激活荧光材料的陷阱能级进行调控；通过陷阱设计，探寻合成近红外长余辉材料的有效手段和途径并对长余辉发光机制进行研究。揭示长余辉基质材料中陷阱能级的影响因素，探明长余辉材料中的缺陷种类，陷阱能级，元素价态等性质和长余辉发光之间的关系；明确辐照光能量存储、转移、发射的物理过程。在前期对长余辉材料研究工作的基础上，希望找到近红外长余辉材料中陷阱能级的有效调控策略和途径，也为合成其它稀土离子激活的长余辉材料提供理论依据。该项目的开展对探索长余辉材料在分子细胞生物学、药理学和诊断学方面的应用具有实际意义，同时对近红外长余辉机理的研究，也具有深刻的理论意义。

长余辉发光现象可存在于铝酸盐、硅酸盐、磷酸盐等多种体系中。它们奇特的发光性质表现为在受到光照后可在没有激发光源的情况下实现持续光波发射，该持续发射的光波波长可覆盖可见到近红外光的范围，持续时间从数分钟到几天不等。最近，随着荧光成像技术的发展，近红外发光(700~1000 nm)的长余辉材料成为在生物活体成像方面具有显著优势的一种新材料。.本项目重点研究Yb3+离子在一些可实现长余辉发光的铝酸盐、硅酸盐和磷酸盐等基质中的近红外发光性质。研究提高或获得Yb3+离子近红外发光的方法。探寻不同基质材料中掺杂离子对晶体缺陷和陷阱能级的影响，系统研究不同晶体学参数下陷阱能级的形成和变化规律，获取有效的陷阱能级调控方法。合成各种尺度Yb3+离子激活近红外长余辉材料，研究不同尺度上的长余辉发光机理，探寻能量存储、传递和发射的物理过程。.本项目在研究中对发现了多种长余辉发光材料。获得了近红外长余辉发光的形成机理。获得了Yb3+离子的长余辉发光性质。合成了几种Yb3+离子激活的长余辉发光材料。发表了多篇SCI学术论文，申请了中国发明专利。.这些工作和成果对寻找高亮度高效率的近红外长余辉材料，缩小长余辉发光材料的颗粒尺度，获得提高近红外长余辉发光性质的有效手段，无疑对探索长余辉材料在分子细胞生物学、药理学和诊断学方面的应用具有实际意义。而且对近红外长余辉发光机理的研究，探索长余辉材料中陷阱调控机制，探寻光存储和发射的物理原理，也具有深刻的理论意义。