三维光子晶体面缺陷中的量子点/上转换纳米晶发光特性研究

在三维光子晶体中引入点、线和面缺陷是将光子晶体功能化的关键，也是目前光子晶体研究的一个重点。本项目拟设计并制备出含有面缺陷的三明治结构的三维光子晶体，研究作为中间夹层的聚合物薄膜的折射率、厚度等对缺陷模的影响。然后将量子点置于聚合物薄膜内，通过对光致发光和寿命等光谱特性的表征研究光子禁带、缺陷模等对量子点发光性质的影响。将上转换纳米晶置于聚合物薄膜内，通过使光子禁带、缺陷模与稀土离子的激发态能级或者中间能级匹配，研究光子禁带、缺陷模等对稀土离子上转换发光性质（例如发光强度、荧光分支比、上转换过程等）的影响，深刻理解上转换发光过程。本项目在理解缺陷模对纳米发光材料发光性质的影响、探索高效的发光器件方面具有重要价值。

在三维光子晶体中引入点、线和面缺陷是将光子晶体功能化的关键，也是光子晶体研究的一个重点，目前将光子晶体与发光材料结合起来的研究受到广泛关注。在本项目中，我们合成了几种尺寸均匀的SiO2壳包覆的复合发光材料，并研究了它们的发光性质，这些发光材料有希望采用自组装的方法或者作为缺陷引入光子晶体中。此外，我们发展了一种基于导模谐振的全聚合物亚微米光学微流体反射滤波器结构。主要研究内容如下：.（1）合成了分散性良好的尺寸约为8 nm的YVO4:Eu3+纳米粒子。然后用反相微乳液法在YVO4:Eu3+纳米粒子的外面包覆了一层SiO2壳，得到了尺寸均匀的YVO4:Eu3+@SiO2复合纳米球。SiO2壳的厚度可以通过改变YVO4:Eu3+纳米粒子的量而改变。SiO2壳的厚度可以影响YVO4:Eu3+纳米粒子的表面缺陷，从而引起吸收光谱和光致发光光谱的改变。复合纳米粒子具有较高的发光量子效率。.（2）在环己烷/Igepal CO-520/水反相微乳液体系中，采用一锅法制备了核壳结构的YVO4:Eu3+@SiO2复合纳米粒子。对合成的复合纳米粒子进行了表征。YVO4:Eu3+@SiO2复合纳米粒子和未包覆SiO2的样品具有相似的光学性质，它们的量子效率分别为6.9%和9.0%。.（3）用简单的室温沉淀法合成了边长大约为200 nm的NaYF4:Yb3+,Er3+ 亚微米立方体，然后用改进的Stöber法在NaYF4:Yb3+,Er3+ 亚微米立方体外面包覆了一层SiO2壳，得到了NaYF4:Yb3+,Er3+@SiO2亚微米立方体。研究了SiO2包覆对NaYF4:Yb3+，Er3+亚微米立方体在退火过程中形貌、相变和上转换发光的影响。在退火过程中SiO2壳一方面阻止了NaYF4:Yb3+，Er3+亚微米立方体发生由立方相向六方相的转变，另一方面阻止了NaYF4:Yb3+，Er3+亚微米立方体的团聚以及尺寸变大。.（4）我们发展了一种制备全聚合物光微流体的工艺技术，并提出了一种基于导模谐振的全聚合物亚微米光学微流体反射滤波器结构，演示了基于这种结构的可调谐反射滤波器。