光子带隙结构调制下发光体中的能量传递研究

论文摘要

光子带隙结构（或称光子晶体）不仅产生出一大批新型材料和器件,也能够提供一种特殊的物理环境——具有波长尺度的介电周期场,利用这种特殊的物理环境可以调制发光材料的光学性质及之间的能量传递,而这种调制行为可以通过发光学实验进行研究。本论文拟在设计具有不同结构的光子晶体,研究三维光子带隙（赝带隙）对发光材料的光学性质及其之间能量传递的影响。通过垂直沉积法制备了荧光染料掺杂的蛋白石光子晶体,采用稳态荧光光谱和时间分辨荧光光谱研究了光子带隙对染料之间的能量传递的调制。结果发现:当给体荧光素的发射峰和蛋白石光子晶体的光子带隙重叠时,在光子带隙的调制作用下,给体通过自发辐射传播释放光子的过程受到抑制,而通过与受体实现能量传递的过程成为给体从激发态回到基态的主要方式,光子带隙能增强荧光染料之间的能量传递,从而增强受体的荧光。采用加速蒸发诱导共沉积法和溶胶-凝胶法制备了Tb1-XEuXPO4（X=0, 0.001, 0.0025）反蛋白石光子晶体,实验上首次研究了发光体基反蛋白石光子晶体中的能量传递。研究发现:当Tb3+的发射峰和反蛋白石的光子带隙重叠时,反蛋白石光子晶体的光子带隙增强了稀土离子之间的能量传递。同时,制备了具有（100）和（111）两种取向的TbPO4反蛋白石光子晶体,并首次研究了反蛋白石光子晶体（100）和（111）两种取向的光学性质。研究发现:（100）取向区域的光子带隙和（111）取向区域的光子带隙相比发生了蓝移;且反蛋白石光子晶体的（111）取向区域的光子带隙和Tb3+的发射峰重叠,由于光子带隙作用Tb3+的发光受到抑制。采用离子交换方法制备了由聚苯乙烯微球构成的结晶化胶体阵列,并研究了结晶化胶体阵列中荧光染料之间的能量传递。证明了结晶化胶体阵列的光子带隙可以增强染料之间的能量传递效率。同时,在实验上首次研究了光子带隙和给体发射峰重叠程度不一样时,光子带隙对染料之间能量传递调制的差异;研究证实:给体的发射峰和光子带隙重叠越好,染料之间的能量传递受光子带隙的增强越强。采用原位聚合方法制备了荧光素掺杂的聚合结晶化胶体阵列,研究了聚合结晶化胶体阵列的发光性质。实验发现:聚合结晶化胶体阵列的光子带隙抑制了荧光素的发光。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景、意义和目的
• 1.2 光子晶体
• 1.2.1 光子晶体的概念及相关理论
• 1.2.2 光子晶体的特征
• 1.2.3 光子晶体的制备
• 1.2.4 光子晶体的应用
• 1.2.5 光子晶体对传统光功能材料的调制
• 1.3 能量传递的概念及其相关理论
• 1.3.1 辐射能量传递
• 1.3.2 非辐射能量传递
• 1.3.3 能量传递的试验研究方法
• 1.4 课题的研究现状及论文的主要内容
• 第2章 蛋白石光子晶体中荧光素和罗丹明B 之间的能量传递研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 材料的准备
• 2.2.2 染料掺杂的蛋白石光子晶体的制备
• 2.2.3 染料掺杂的蛋白石光子晶体的微观结构表征与荧光测试
• 2.3 结果分析与讨论
• 2.3.1 蛋白石光子晶体的微观结构分析
• 2.3.2 蛋白石光子晶体中染料的荧光光谱分析
• 2.3.3 蛋白石光子晶体中荧光素染料的荧光寿命分析
• 2.4 本章小结
• 1-xEu_xPO₄ 反蛋白石的制备及其稀土离子间的能量传递研究.'>第3章 Tb_1-xEu_xPO₄反蛋白石的制备及其稀土离子间的能量传递研究.
• 3.1 引言
• 3.2 实验过程
• 3.2.1 蛋白石光子晶体模板的制备
• 1-xEu_xPO₄ 溶胶的制备'>3.2.2 Tb_1-xEu_xPO₄溶胶的制备
• 1-xEu_xPO₄ 溶胶的填充和热处理'>3.2.3 Tb_1-xEu_xPO₄溶胶的填充和热处理
• 1-xEu_xPO₄ 反蛋白石光子晶体的结构与性能表征'>3.2.4 Tb_1-xEu_xPO₄反蛋白石光子晶体的结构与性能表征
• 3.3 结果分析与讨论
• 3.3.1 蛋白石光子晶体模板的微观结构分析
• 4 反蛋白石光子晶体的微观结构以及光学性质分析'>3.3.2 TbPO₄反蛋白石光子晶体的微观结构以及光学性质分析
• 0.999Eu_0.001PO₄ 反蛋白石的制备及光学性质分析'>3.3.3 Tb_0.999Eu_0.001PO₄反蛋白石的制备及光学性质分析
• 0.9975Eu_0.0025PO₄ 反蛋白石的制备及光学性质分析'>3.3.4 Tb_0.9975Eu_0.0025PO₄反蛋白石的制备及光学性质分析
• 4 反蛋白石的制备及光学性质研究'>3.3.5 两种取向共存的TbPO₄反蛋白石的制备及光学性质研究
• 3.4 本章小结
• 第4章 结晶化胶体阵列中荧光素和罗丹明 B 之间的能量传递研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验过程
• 4.2.1 CCA 的制备
• 4.2.2 染料掺杂CCA
• 4.2.3 性能测试
• 4.3 结果分析与讨论
• 4.3.1 CCA 的微观结构
• 4.3.2 CCA 的光子带隙性质及微球间的距离
• 4.3.3 CCA 的光子带隙对染料间能量传递的调制
• 4.3.4 光子带隙与给体发射峰重叠程度对能量传递调制差异性研究
• 4.4 本章小结
• 第5章 染料掺杂的聚合结晶化胶体阵列的制备及其光学性质研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验过程
• 5.2.1 PCCA 的制备
• 5.2.2 PCCA的结构表征与性能测试
• 5.3 结果分析与讨论
• 5.3.1 光照条件对PCCA 结构的影响
• 5.3.2 PCCA 的结构表征
• 5.3.3 PCCA 的荧光性质分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果