文 献 综 述

1.1上转换材料研究背景

荧光标记作为一种非放射性的生物标记技术受到广泛重视, 并取得迅速发展。^【1】目前用作发光标记物主要有3类材料: 有机荧光材料、半导体量子点及稀土上转换发光纳米材料(UCNPs)。其中, UCNPs是一种通过镧系掺杂将近红外光转化成可见光的发光纳米材料。

上转换发光，即：反-斯托克斯发光（Anti-Stokes），由斯托克斯定律而来。斯托克斯定律认为材料只能受到高能量的光激发，发出低能量的光，换句话说，就是波长短的频率高的激发出波长长的频率低的光。比如紫外线激发发出可见光，或者蓝光激发出黄色光，或者可见光激发出红外线。^【2】但是后来人们发现，其实有些材料可以实现与上述定律正好相反的发光效果，于是我们称其为反斯托克斯发光，又称上转换发光。上转换发光,是将2个或2个以上的低能光子转换成一个高能光子的现象, 一般特指将红外光转换成可见光, 其发光机理是基于双光子或多光子过程。

1.2 纳米上转换发光材料的上转换发光机理^【2】

上转换发光的机制可以归结为3种, 即激发态吸收( ESA )、能量传递( ET )和光子雪崩上转换( PA )。

1.2.1 激发态吸收( ESA)

图1.2.1是激发态吸收( ESA )过程示意图. 首先,离子吸收一个能量为hmicro;₁的光子, 从基态1被激发到激发态2. 然后, 离子再吸收一个能量为hmicro;₂ 的光子, 从激发态2被激发到激发态3, 随后从激发态3发射出比激发光波长更短的光子。

在连续光激发下, 上转换发光(来自能级3)的强度通常正比于I₁#183; I₂, I 为激发光光强. 在一些情况下, hv1 = hv2, 其发光强度通常正比于I². 更一般地, 如果需要发生n次吸收, 上转换发光强度将正比于Iⁿ. 另外,ESA过程为单个离子的吸收, 具有不依赖于发光离子浓度的特点。