开题报告范例-26

哈尔滨师范大学学士学位论文开题报告论文题目核壳结构氟化物纳米晶的上转换发光研究学生姓名肖燕指导教师薛惠杰年级2006级专业物理学2010年04月课题来源：指导教师承担的科研任务，并且是指导老师的科研里我所感兴趣的课题。课题研究的目的和意义：（一）课题研究的目的：相对于以往的有机染料和量子点，上转换生物纳米荧光探针被认为是新一代的生物纳米荧光探针。一方面，上转换生物纳米荧光探针可以由近红外二极管激光激发，而生物大分子对近红外区的激发光几乎是透明的，不会因为强吸收而引起生物组织损伤，同时也不会激发出强的自体荧光（弱的自体荧光也是落在比激发光波长更长的红外区）。这种简单而廉价的近红外二极管激光也为其广泛应用提供了前提。另一方面，在近红外二极管激光激发下上转换生物纳米荧光探针可以发射比量子点双光子吸收高七个数量级的可见光。这就使上转换生物纳米荧光探针具有了两个方面的美好应用前景：一是上转换光动力治疗，即利用激发光激发皮下深部组织中的上转换纳米荧光探针，使其发射可见光，可见光再激发光敏剂实现光动力治疗；二是上转换发光成像，这种成像的特点是无背景的，即不受激发光和激发光激发的组织荧光的影响。选择研究以氟化物作为基质的上转换纳米晶，是因为氟化物不仅化学性质稳定、无毒而且现在已经能够合成出以氟化物为基质的小尺寸(粒径为几个纳米到几十个纳米)的上转换发光粒子，具有以上优点的氟化物纳米晶有望在生物医疗方面获得实际应用。但小尺寸氟化物纳米晶的上转换发光较弱，所以想通过包同质氟化物壳来减弱外界环境对发光中心的影响(二)意义：多年来稀土离子的发光研究一直受到重视，近年来由于半导体激光器的迅速发展与商品化以及高浓度稀土离子激光新材料研究的迅速发展，共振泵浦的紧凑全固化稀土离子固体激光器的研究在国际上已形成一个热潮；带动了固体激光研究的全面复兴。期中上转换激光器是激光器紧凑全固化潮流的一个最新发展。它是极有的潜力的三种紧凑蓝绿激光器方案之一，弥补了半导体激光向短波长方向发展的不足与困难。它对于发展光盘技术、信息技术等有极其重要的作用。国内外同类课题研究现状及发展趋势：核壳结构氟化物纳米晶的上转换发光研究状况：1960年F.Auzel采用Yb3+离子敏化机制增强上转换发光的发光效率；2003年，杨建虎，戴世勋，姜中宏等在《稀土离子的上转换发光及研究进展》中讨论了稀土离子氟化物纳米晶的上转换发光效率，并得出氟化物纳米晶容易产生上转换发光。2009年陈冠英在他的博士论文《稀土氧化物和氟化物纳米晶上转换荧光光谱研究》中证实了Li+离子掺杂剪裁晶格场极大增强上转换发光方法的普适性。证实该方法不但适用于不同基质的氧化物纳米晶如Y2O3、Gd2O3、ZnO；而且适用于不同的稀土离子对如，Er3+、Yb3+/Er3+、Yb3+/Ho3+、Yb3+/Tm3+、Yb3+/Er3+/Tm3+等。实验结果证实通过Li+掺杂氧化物纳米晶中上转换荧光都增强一个数量级以上。这一普适的方法的推广将会极大推动上转换氧化物纳米晶在光子学和生物医学领域的诸多应用目前稀土离子上转换发光还处于实验阶段，随着信息处理、数据处理、水下通信、视屏显示及表面处理等技术的迅速发展，越来越需要高效率、低价格、高性能的可见光波长的激光光源，核壳结构氟化物上转换发光有利于激光器系统的发展；在稀土离子参杂的晶体材料中有上转换发光现象，有的甚至达到了瓦量级的上转换激光输出。（二）发展趋势：稀土掺杂氧化物和氟化物上转换纳米晶由于其独特的发光性质在上转换激光器、三维立体显示、温度传感器等光子学领域以及荧光免疫分析、生物成像、DNA检测和光动力治疗等方面具有广阔的应用前景。目前关于上转换纳米晶的研究多偏重于湿化学方法化学合成、光学性能刻画以及其应用领域拓展方面。通过不断的探索及研究，并随着晶体生长技术、玻璃制造技术以及光纤制造技术的发展，最终能制造出廉价、高效、小型的激光器；并且从实验阶段最终得到实际应用阶段。课题研究的主要内容和方法，研究过程中的主要问题和解决办法：一﹑课题研究的主要内容：1）合成符合要求的氟化物纳米晶2）在氟化物纳米晶的表面包上一层与其同质的氟化物3）分析包壳的上转化机制4）探索包壳对纳米晶上转换发光的影响二﹑课题研究的主要方法：1）油热法：一种常用合成氟化物纳米晶的方法，氟化物纳米晶的形成和生长过程是在反应釜中，反映环境和络合剂都是油酸，油酸在整个反应溶液中浓度很高。2）水热法：反映环境是水，常有的络合剂是EDTA，再通过调节络合剂的浓度，就可以将壳材料尽量取代络合剂包在核上面。3）溶剂热法：反应环境一般是十八烯或油胺，合成过程是在常压下进行的，不需要用到反应釜，反应过程在实验平台上的三颈瓶中即可。三﹑研究过程中的主要问题：1）小尺寸纳米晶的上转换发光效率较低，导致此技术仍处于实验研究阶段，所以提高小尺寸纳米晶的上转换发光效率成为迫切需要解决的问题。2）包壳是最近几年来新提出的、公认的一种极其有效的提高上转换效率的方法，但由于目前包壳的合成工艺还很不成熟，不能合成出尺寸小、均一、包壳厚度可控的上转换发光粒子，所以我在这方面的工作还是很有研究意义和实际应用意义的。3）氟化物纳米晶具有较低的声子能量，提高了上转换发光效率，但由于其较差的化学稳定性和机械强度给实际应有带来了很大困难。4）上转换纳米晶的光谱局限于可见波段的输出和研究，限制了其在紫外上转换激光器方面的应用。四﹑解决方法：增大纳米晶尺寸，但适用于生物荧光标记的纳米晶最大不能超过几十个纳米，所以不能通过无限制的增大粒径来提高其上转换效率；降低晶格对称性，相对于立方相纳米晶，六方相纳米晶的发光效率更高，然而目前，获得单分散、均匀、纯六角相的纳米晶还处于实验室探索阶段，尚未有成型的合成方法；通过调整敏化剂Yb3+离子的掺杂量以提高发光离子对激发光的吸收，但由于其存在浓度淬灭现象，Yb3+离子的掺杂浓度存在一个最优值；4）核壳结构，通过调整核壳结构的壳层厚度和壳层组分，探索最优化的核壳结构，使其上转换发光效率得到增强。核壳结构是目前公认的最有前景的使小尺寸纳米晶上转换效率实现大幅度提高的一种方法，只是现在包壳技术还处于起步阶段，有待做大量的研究。5）寻找合适的晶体材料，使其不仅具有较低的声子能量，而且具有良好的化学稳定性和机械性能。6）增加光纤的长度，从而使得上转换发光的功率增大；降低损耗，提高耦合效率。课题研究起止时间和进度安排：2010年3月1号-15号1）学习及查找与该课题相关的知识，加强理论知识2010年3月16号-30号做与课题相关的实验，进一步完善论知识2）测量已经合成样品的功率曲线和寿命，研究包壳使上转换发光增强的上转换机制；3）利用溶剂热方法制备尺寸均匀和核壳结构的氟化物纳米晶，对合成样品进行TEM测试，研究反应温度，反应时间等合成条件对纳米晶形貌和尺寸的影响；4）测量合成样品光谱、功率曲线、寿命，分析上转换发光机制；2010年4月份5）撰写论文。课题研究所需主要设备、仪器及药品：设备：天平称﹑大功率激光器﹑离心机，干燥设备﹑搅拌设备﹑真空抽滤器。（二）仪器：反应釜﹑烘箱﹑烧杯﹑玻璃棒﹑真空抽滤器﹑离心机﹑三颈瓶﹑搅拌子。（三）药品：原料（Y2O3﹑Yb2O3﹑Tm2O3﹑NaOH﹑NaF），油酸﹑浓HNO3﹑乙醇﹑去离子水﹑环己烷﹑络合剂EDTA﹑十八烯(ODE)﹑油胺(OM)﹑甲醇﹑丙酮。外出调研主要单位，访问学者姓名：外出调研主要单位访问学者姓名长春光机所姜会林吉林大学迟学芬指导教师审查意见：指导教师（签字）年月教研室（研究室）评审意见：__________