基于自激发长余辉材料的缺陷态结构简化及其机理研究

The persistent phosphors in the 600-1000nm is one of the research hotspots, because of their potential application in the field of life science and medicine. One of the key issues is inadequate understanding of the intrinsic properties of defect state and the trapping process of carriers. In this work, we take the unique host with a self-activated with low-dimensional chain crystal structure or ring structure as the main research object. The relationship between trapping centers and the persistent luminescence properties were investigated through understanding of the intrinsic properties of defect state in self-activated materials; the structures of defect state were designed to increase the numbers of intrinsic defect and improve the persistent luminescence properties; the persistent luminescence mechanism was researched by understanding the relationship between defect and self-activated properties; the extra activators were doped to realize the transmission of energy between luminescence centers and defects, and achieve the persistent phosphors with long wavelength emission. The results are of importance not only for simplifying and understanding the mechanism of persistence performance, but also for designing and developing the persistent phosphors with long wavelength emission.

由于在生命医学领域有着广阔的潜在应用前景，长波发射长余辉发光材料成为当前的研究热点之一。而对长余辉材料中缺陷态本征属性及对载流子俘获过程的认识不透彻，是制约其现实应用的关键问题之一。本项目以具有自激发特性的低维链状或环状基质材料为主要研究对象，通过明确自激发材料的本征缺陷态结构，研究缺陷中心属性与长余辉性质之间的相互关系；通过对缺陷态结构进行主动设计，并增加基质本征缺陷的数量，改善基质的长余辉的发光特性；通过研究本征缺陷与基质自激发特性的关系，探究并论证长余辉发光的内在机理；通过在具有自激发特性的低维链状或环状结构的基质材料中引入可实现长波发射的发光中心离子，实现基质到发光中心持续能量传递，设计制备得到长波发射长余辉材料。项目的研究成果不仅有助于简化材料的缺陷态结构，建立基于基质材料结构的长余辉发光物理模型，同时可为长波发射长余辉发光材料的设计、开发及应用提供新的研究思路和理论依据。

由于在生命医学领域有着广阔的潜在应用前景，长波发射长余辉发光材料成为当前的研究热点之一。而对长余辉材料中缺陷态本征属性及对载流子俘获过程的认识不透彻，是制约其现实应用的关键问题之一。本项目以具有自激发特性的低维链状或环状基质材料为主要研究对象，通过明确自激发材料的本征缺陷态结构，研究缺陷中心属性与长余辉性质之间的相互关系；通过项目的实施我们掌握了低维链状结构或环状结构的自激发基质材料的本征缺陷的微观构特点，研究得到了本征缺陷与自激发特性之间的相互关系，继而通过有效途径对缺陷态数量和种类进行调控，可以得到高效发光的长余辉材料。通过低维链状结构或环状结构的调控，探索缺陷能级与发光中心之间的互相作用及载流子传递机理，完善了长余辉机理模型，为生物荧光探针用长余辉发光材料的研究提供指导理论和新的路。通过项目的实施我们提出“荧光探针法”对自激活低维晶体结构基质材料CGG的缺陷态进行简化与分析。为研究这类光存储材料内部的缺陷态结构提供了新的思路，简化了光存储与发光机理。探究了低能光激励对于陷阱中载流子重分布的影响。提出可持续量子剪裁能量传递的思路，在CGG基质中通过Yb3+，Tb3+共掺，设计并改善了近红外长余辉与光激励长余辉发光性能，在生物成像领域具有开发潜力。 在CGG基质中通过Pb2+离子的掺杂设计出紫外长余辉发光与光激励长余辉发光，这种材料在消毒、杀菌、防伪等领域有着潜在的开发价值。通过项目的实施发表高水平 SCI 论文18篇，获云南省自然科学一等奖1项，获授权发明专利 3 项，申请发明专利10项，获硕士学位3人，获博士学位人员1人。