正交激发-发射稀土上转换发光体系的构建及发光性质研究

The upconversion luminescence-based full-colour three-dimensional display technology is a hotspot in modern display field. Full-colour luminescence of upconversion materials is one of the most important issues for their practical applications. Considering the selective absorption of excitation photons by different rare earth ions, this proposal provides a strategy, which uses the orthogonal excitation-emission material systems and multi-wavelength excitation method, to explore the realization approach for full-colour upconversion luminescence. By creating structural model, to study the impact of layered doping of rare earth on the energy transfer processes and upconversion populations. By changing shell thickness, to study the effectiveness of rare earth doped shells for light absorption and filtration. By comparing the upconversion luminescence characteristic under different (single wavelength and multi-wavelength) excitation, to explore the possible ways for obtaining full-colour upconversion luminescence in these orthogonal systems. Specific research aims are following: 1. elucidate the physical mechanism of orthogonal excitation-emission upconversion process; 2. develop the orthogonal excitation-emission upconverison materials by using three different continuous-wave NIR lasers; 3. obtain full-colour upconversion luminescnce by using multi-wavelength excitation method, provide theoretical and experimental basis for the application of these upconversion materials in display field.

基于上转换发光的彩色立体显示技术是显示领域的研究热点。如何实现上转换材料的全彩色发光使其满足实际应用的要求是该项研究面临的关键问题之一。针对稀土敏化/发光中心对不同波长激发光选择性响应的特点，本项目提出了正交激发-发射上转换发光的研究课题，拟通过多波长共同激发的方法，探索“全色”上转换发光的实现途径。项目拟通过建立结构模型，研究稀土离子的分壳层掺杂对它们之间能量传递及稀土能级布居的影响；通过改变发光壳层厚度，研究稀土掺杂壳层对激发光吸收过滤作用的有效性；通过对比单/多波长激发方式下上转换发光的变化，探索在正交激发-发射体系中实现“全色”上转换发光的可行途径，并预期实现如下目标：1、阐明正交激发-发射上转换过程的物理本质；2、研制出基于三束不同波长连续激光激发的正交激发-发射上转换材料； 3、获得多波长激发下基于正交体系的“全色”上转换发光、为此类材料在显示领域的应用提供理论和实验依据。

基于上转换发光的彩色立体显示技术是显示领域的研究热点。如何实现上转换材料的全彩色发光使其满足实际应用的要求是该项研究面临的关键问题之一。针对稀土敏化/发光中心对不同波长激发光选择性响应的特点，本项目提出了正交激发-发射上转换发光的研究课题，拟通过多波长共同激发的方法，探索“全色”上转换发光的实现途径。本项目在研究过程中制备了多种不同核壳结构的稀土掺杂纳米材料，系统研究了不同结构纳米材料的上转换发光性能,阐明了不同稀土发光中心上转换发光特性随材料结构变化的基本规律；开发了对不同波长近红外光同时具有响应上转换发光材料，证明了此类材料在彩色发光显示领域的应用前景。构建了三类在不同波长近红外光(980 nm/1532 nm; 808 nm/980nm; 808 nm/980 nm/1532 nm)激发下的多色稀土上转换发光材料，系统研究了核-壳结构、稀土发光中心掺杂位置、惰性层添加位置及吸收过滤层厚度等对上转换发光的影响，为获得高纯度的正交上转换发光提供理论指导。创造性地利用多波长共同激发的方式进行光频上转换的研究，研究了稀土上转换发光随不同波长近红外光激发功率变化的基本规律；证明了多波长共同激发对获得多色上转换发光的关键作用，为实现全色上转换发光提供了新的思路。同时我们还开展了稀土纳米晶/聚合物复合材料在多色三维立体显示方面的研究，为提高稀土上转换材料的实际应用水平提供理论及实验依据。项目资助在权威刊物上发表研究论文5篇；培养研究生毕业6名。