绿转蓝固态上转换材料的制备与性能研究开题报告

1. 研究目的与意义

上转换是一种通过多光子机制将低能量（长波长）的光转化为高能量（短波长）光的一项技术，主要有以下几种方法可以实现上转换，即双光子吸收上转换、稀土材料上转换和基于三线态-三线态湮灭(TTA)的上转换。对于双光子吸收上转换，吸收光的强度要求比较高，光的强度要达到MW/cm²(106W/cm²)，而地球表面太阳光的强度大约为0.10W/cm²，而且很难调整双光子吸收染料的结构，使之发生上转换时既能发出特定波长的光，同时又具有很大的吸收截面，所以其对可见光的吸收较低。稀土上转换材料采用近红外980nm光激发，通过掺杂不同的稀土离子可以得到不同波长的上转换发射，在细胞及生物成像方面应用很广。但是这些材料通常吸收较弱，导致总的上转换效率较低。TTA上转换自从20世纪60年代由Parker和Hatchard等第一次报道后，便引起了广泛的关注。TTA上转换具有以上两种上转换过程不具备的优点。例如，激发光不需要是相干光，激发光强度要求很低，只有大约几MW/cm²，因此可以使用太阳光作为激发源。而且，只要通过改变TTA过程中不同的敏化剂和受体，就能改变TTA上转换的激发光和发射光的波长。因此，对于光伏技术、光催化和其他很多光物理与光化学过程，TTA上转换具有非常好的应用前景。但由于TTA上转换对氧气敏感，另外溶液中的TTA上转换在实际应用中使用受限。为了解决这一局限，固态上转换的出现，引起了广大学者的关注。美国的Castellano课题组首次将相对浓度较小（0.17%敏化剂和0.01%发光剂，wt%）的TTA上转换分子掺杂进聚环氧乙烷/环氧氯丙烷共聚物中，获得绿-转-蓝的上转换荧光，研究发现低玻璃化转变温度的聚合物有利于三线态激子的扩散迁移。2012年，该课题组将TTA上转换分子掺混进低玻璃化转变温度的透明聚氨酯树脂ClearFlex50，获得高达22%的上转换效率。随后，一系列聚合物，如：聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚磷酸酯等，作为固体基质应用于TTA上转换，但固体基质对TTA上转换性能调控机制尚不明确。本课题重点研究固体基质微观结构与TTA上转换性能之间的关系，阐明固态TTA上转换性能调控机制。

2. 研究内容和预期目标

1.优化绿转蓝固体上转换材料制备工艺；

2.测试弱光上转换性能；

3.研究上转换性能与制备工艺之间的关系 ；

4.优化固体上转换制备工艺。

3. 研究的方法与步骤

1.在优化固体基质制备工艺的基础上，在氮气环境下，将不同配比的tta上转换组分掺混进聚氨酯固体基质，脱泡，固化，制备不同红蓝强度比的固态tta上转换材料；

2.利用紫外/可见光谱仪、瞬态/稳态光谱仪、制冷型面阵背照式光谱仪和激光闪光光解光谱系统分别测试上转换材料吸光度、三线态寿命、tta上转换光谱、stern-volmer猝灭常数和瞬态吸收光谱等；

3.研究固态基质微观结构与tta上转换动力学因素之间的关系，阐明固态tta上转换性能调控机制，进一步优化固态tta上转换制备工艺，获得不同红蓝输出强度比的固态tta上转换材料。

本课题主要采用的研究方法为基于三线态-三线态湮灭的上转换，即tta上转换。

4. 参考文献

[1] 张幸林,杨会然,孙会彬,刘淑娟,赵强,黄维.基于三线态-三线态湮灭的能量上转换[j].化学进展,2012,24(10):1880-1889.

[2] zhao j，ji s，guo h． rsc adv． ，2011，1: 937—950.

[3]cheng y y，fuckelb，macqueen r w，khoury t，cladyr g c r，schulzet f，ekins-daukes n j，crossley m j，stannowski b，lips k，schmidtt w． energy environ．sci． ，2012，5: 6953—6959.

[4] 伍晚花,郭颂,赵建章.三重态-三重态湮灭上转换的研究进展[j].中国科学:化学,2012,42(10):1381-1398.

5. 计划与进度安排

1.2022-12-25~2022-3-23，查阅资料，制定实验方案，准备开题报告，外文论文翻译；

2.2022-3-26~4-20，熟悉弱光上转换研究进展，掌握基本实验操作，总结前期工作，完成中期汇报；

3.2022-4-23~5-25，改善实验方案，优化实验；

4.2022-5-28~6-15，整理、撰写论文。