镧系氧化物、氟化物三维光子晶体的自组装与发光调控

光子晶体（PC）结构对发光客体的自发辐射具有重要调制作用，为发展新型光电子器件拓展了空间。稀土离子跃迁具有锐线发射和长寿命等特征，是研究PC结构对自发辐射调制作用的理想载体。本项目拟采用湿化学方法合成一系列亚微米尺度的均一球形镧系氧化物/氟化物稀土发光材料，并自组装为蛋白石结构或反蛋白石结构三维PC。在可见和近红外区域调控光子带隙位置，使稀土离子的发光具有空间和波长可控性。在结构表征基础上，通过各种光谱手段如选择激发、时间分辨、变温发射﹑荧光动力学并结合能带理论计算深入研究PC结构对稀土离子发射光谱和电子跃迁速率调制作用的现象和本质。本项目将获得新一类具有发光调制功能的三维光子晶体结构镧系氧化物/氟化物材料，揭示光子禁带对稀土离子荧光光谱和动力学过程的调制规律，通过结构设计实现光功能调控，为其在照明、显示及其他光电子领域的实际应用提供理论和实验依据。

本项目主要成果如下：(1) 通过自组装法合成了多种新的氧化物、氟化物、氟氧化物镧系光子晶体以及光子晶体与半导体量子点、贵金属纳米材料、上转换纳米晶的复合物；(2) 对Eu3+, Dy3+, Ce3+, Tb3+, Er3+，Tm3+等稀土离子在三维光子晶体中的发光进行了系统的理论与实验研究，获得了一些高效的光子晶体发光材料，实现了带隙可调控的白光发射：利用CdTe QDs量子点的高吸收截面和能量传递，拓宽了Eu3+的可见激发谱带并增大了其发射强度，为获得高亮度白光LED照明材料提供了新思路 (3) 首次提出利用三维光子晶体的局域场增强作用提高上转换发光，并采用贵金属的表面等离子体效应与光子晶体的局域场效应共同进行调制，使NaYF4:Yb,Er纳米晶的发光强度提高三个数量级以上，取得突破性进展。(4) 利用三维光子晶体制备了高灵敏的荧光传感器, 电化学与光电化学生物传感器，并将光子晶体应用荧光成像与指纹识别,太阳能电池。受该项目资助共发表 SCI 论文 68 篇，其中影响因子大于 10.0 论文 3 篇， 大于6的论文18篇；获得授权国家发明专利 3项；在国内外会议上做邀请报告13 次。