【摘 要】
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镧系掺杂的荧光粒子一直被高度重视,稀土氟化物特别是β-Na YF4作为一种性能优异的发光基质材料表现出了明显的优势,如拥有较低的声子能量以及高折射率,能够有效地降低多光子弛豫过程,降低非辐射跃迁的能量损失等,因此得到了广泛的应用。光子晶体（PCs）是一种有序结构的人造材料,由折射率不同的材料在空间周期性排列组成。其最显著的特征是由周期性结构所引起的布拉格散射效应来实现对发光材料的光调控。为了解决稀
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镧系掺杂的荧光粒子一直被高度重视,稀土氟化物特别是β-Na YF4作为一种性能优异的发光基质材料表现出了明显的优势,如拥有较低的声子能量以及高折射率,能够有效地降低多光子弛豫过程,降低非辐射跃迁的能量损失等,因此得到了广泛的应用。光子晶体（PCs）是一种有序结构的人造材料,由折射率不同的材料在空间周期性排列组成。其最显著的特征是由周期性结构所引起的布拉格散射效应来实现对发光材料的光调控。为了解决稀土掺杂纳米发光材料较低的转移效率问题,本文利用光子晶体增强稀土掺杂纳米发光材料的荧光强度来进行实验研究,从结构设计上增强稀土掺杂纳米发光材料的发光效率和发光强度,不管在探讨其荧光增强背后的深层次物理机制还是对实验应用来说都具有重大而深刻的意义。取得成果如下:（1）选用无皂乳液聚合法制备性质、尺寸均一的单分散聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）微球,通过垂直沉降自组装法将其制备成三维蛋白石光子晶体。扫描电子显微镜（SEM）分析表明样品均呈周期性紧密排列结构。利用紫外-可见-近红外分光光度计对多组样品进行透射率测量,结果表明制备的PMMA三维蛋白石光子晶体样品的带隙位置实现了从360 nm-1000 nm。（2）将Ce3+作为协助发光的敏化剂,Tb3+、Sm3+作为发光中心的激活剂,首次将Ce3+、Tb3+、Sm3+三种稀土离子分别加入到基质Na YF4中,通过溶剂热法制备不同掺杂浓度的β-Na YF4:Ce3+,Tb3+,Sm3+纳米晶。样品的X射线衍射图谱与标准卡片吻合,在实验浓度范围内Ce3+、Tb3+、Sm3+三掺没有改变Na YF4的晶相。样品在248 nm光激发下的下转换发光光谱出现了蓝光、绿光以及红光,分别对应于Ce3+的5d-4f、Tb3+的~5D4→~7F6、~5D4→~7F5、~5D4→~7F4、~5D4→~7F3以及Sm3+的~4G5/2→~6H5/2、~4G5/2→~6H7/2、~4G5/2→~6H9/2辐射跃迁,讨论了Ce3+→Tb3+、Tb3+→Sm3+、Ce3+→Sm3+、Ce3+→Tb3+→Sm3+的能量传输机制以及光致发光性能。（3）将β-Na YF4:Ce3+,Tb3+,Sm3+纳米晶分散在环己烷中,选用垂直沉降自组装法制备了β-Na YF4:Ce3+,Tb3+,Sm3+/PMMA蛋白石光子晶体复合薄膜,通过调控PMMA三维蛋白石光子晶体的带隙位置最终使得发光强度最高增强了30倍。通过SEM扫描发现,β-Na YF4:Ce3+,Tb3+,Sm3+纳米晶沉积在光子晶体微球的缝隙中,并没有渗透到三维光子晶体的内部。由于光子晶体表面的电磁场与发射光的耦合以及PMMA微球表面对光的随机散射而导致的光放大的共同作用,使复合薄膜出现了高效的荧光增强。
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