论文摘要
荧光纳米材料不但具备纳米材料的优势,同时还具有优异的光学性质,被广泛应用于荧光标记、离子识别、荧光免疫分析、光学成像和医学诊断等方面。因此,荧光纳米材料的制备、结构分析和荧光特性等方面的研究备受人们的关注。为了获得发光强度大、荧光量子效率高和制备过程可控的Si基荧光纳米材料,实验进一步研究了Si纳米线对样品发光特性的影响和样品的光学稳定性。首先,基于固-液-固生长机制,在反应温度为1 100℃、 N2气流量为1 500 sccm、生长时间为15～60 min等工艺条件下,分别以"抛光"和"金字塔"织构表面的单晶Si（100）为衬底,生长出不同长度和分布的Si纳米线;以Au或Au-Al合金膜层作为金属催化剂,生长出密度分别约为108和1010cm-2的Si纳米线;然后,利用L4514自动控温管式加热炉,基于高温固相法,在温度为1 100℃、掺杂时间为60 min和N2气流量为1 000 sccm等工艺条件下,以高纯Tb4O7（99.99%）粉末为稀土掺杂剂对不同Si纳米线衬底进行稀土掺杂,制备一系列的荧光纳米材料SiNWs:Tb3+样品;室温下利用Hitachi F-4600型荧光分光光度计,固定激发光波长为243 nm、激发光狭缝为2.5 nm、发射光狭缝为2.5 nm、扫描波长范围为450～650 nm、光电倍增管（photomultiplier lube, PMT）电压为600 V等参数下,测量了不同样品的光致发光特性;最后,实验测试了该荧光纳米材料的光学稳定性,如时间（0～30 d）、温度（300～500 K）、酸碱（pH 1和11）、抗光漂白（0～120 min）等稳定性以及水溶性和分散性。结果显示,在衬底为"金字塔"织构表面上、生长时间为30 min、以Au为金属催化剂等条件下制备的Si纳米线为Tb3+掺杂衬底时, SiNWs:Tb3+的绿光发射强度较大,其发光强峰值位于554 nm,属于能级5D4→7F5的跃迁,另外在波长为494, 593和628 nm出现了三条发光谱带,它们分别属于能级5D4→7F6,5D4→7F4和5D4→7F3的跃迁。另外,样品展示出了优异的时间、温度、酸碱和抗光漂白等光学稳定性,同时还具有良好的水溶性和分散性。如温度升高到500 K时,光发射强度仅降低了约8.9%左右;抗光漂白能力较强,用波长为365 nm、功率为450 W的紫外光源照射120 min,样品的绿光发射强度无衰减;酸、碱稳定性好,在pH 1的强酸（HCl）溶液中120 min未见衰减,在pH 11的强碱（NaOH）溶液中15 min内衰减较小,随后发光强度出现了缓慢下降的趋势;当60 min后,样品的发光强度变得极其微弱。分析认为,在SiNWs:Tb3+表面有一层SiO2包覆层,而NaOH溶液容易和SiO2发生化学反应,随着时间延长SiO2层被破坏,故样品发光强度降低;样品溶于水中放置30 d未见沉淀物,发光亮度均匀且分散性较好。在研究了制备温度、气体流量和掺杂时间等工艺条件之后,深入研究了Si纳米线自身变化对Tb3+绿光发射的影响。该材料展示出了良好的光学稳定性、水溶性和分散性,使其作为荧光标记物具有一定的应用价值。
论文目录
文章来源
类型: 期刊论文
作者: 杨瑞臣,耿小丕,范志东,李旭,马蕾,高永慧,付莹,王欣欣
关键词: 纳米线,绿光发射,光学稳定性,荧光纳米材料
来源: 光谱学与光谱分析 2019年03期
年度: 2019
分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑
专业: 材料科学
单位: 承德石油高等专科学校数理部,河北大学物理科学与技术学院,河北大学电子信息工程学院,承德石油高等专科学校计算机与信息工程系
基金: 国家自然科学基金青年科学基金项目(61205180),河北省重点研发计划自筹项目(17211307)资助
分类号: TB383.1
页码: 682-685
总页数: 4
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