纳米结构对稀土离子及分子类发光中心荧光性质的调控 - 生物通.pdfVIP

2015 年 第 60 卷 第 10 期：899 ~ 911 《中国科学》杂志社 特邀评述 SCIENCE CHINA PRESS 纳米结构对稀土离子及分子类发光中心荧光性质 的调控 * 郑海荣, 董军, 何恩节, 张正龙 陕西师范大学物理学与信息技术学院, 西安 710062 * 联系人, E-mail: hrzheng@ 2014-10-23 收稿, 2014-12-08 接受, 2015-03-16 网络版发表 国家自然科学基金资助 摘要 无论是对有机荧光分子还是稀土离子掺杂的纳米发光体系, 其荧光调控和探测灵敏度 关键词 的不断提高是基础和应用研究者一直关注的焦点. 在发展传统的调控理论和技术的同时, 以 纳米结构 金属纳米结构为载体的表面等离激元和“热点”增强区域的形成, 为荧光调控和增强研究提供 表面等离激元 了新的机遇. 本文针对稀土离子掺杂纳米材料和有机分子发光体系, 阐述常见的荧光调控途 发光中心 荧光发射 径, 并就金属纳米结构相关的表面增强荧光效应及其现状进行讨论, 开拓实现高效荧光调控 光谱调控 的思路. 通过探索荧光调控的机理和技术路线, 以期引发对光谱增强和荧光调控基本理论和 技术发展的深入思考和探索. 随着科学技术的不断发展, 有关荧光物质的研 换效率[3]. 将小粒径量子点用于环境监测时可通过在 究已由传统的显示、照明领域渗透到了光伏、光催化、 其表面包覆窄带隙半导体材料来降低比表面增大带 [4] 光学编码、光学储存与数据处理、纳米光电器件、生 来的无辐射弛豫速率上升 . 物探针与成像、药物缓释与传递等新兴领域. 虽然荧 近年来, 基于金属纳米结构的表面等离激元光子 光物质的种类繁多, 但其研究热点则主要集中在稀 学研究备受关注. 以此为基础的表面增强光谱学研究 土掺杂发光材料、有机荧光分子及半导体量子点等方 迅速发展. 光照条件下形成的金属表面等离激元不仅 面. 而且其光谱性质的有效调控, 特别是辐射强度和 能将激发光的能量有效集中于纳米尺度的范围内, 通 探测灵敏度的不断提高一直是各领域研究者持续关 过局域“热点” 的形成提高发光中心的激发效率, 还可 注的焦点. 通过其与发光中心的耦合提高辐射跃迁强度. 迄今为 由于不同荧光物质的发光中心的电子结构、局域 止, 与此相关的研究主要集中在金属纳米结构及其与 环境、辐射机制等各不相同, 因而对其荧光辐射的具 发光中心复合结构的构建和荧光调控的探索, 有关表 体调控方式也各有侧重. 荧光调控的物理本质无外 面增强荧光的机理研究尚待深入和完善. 乎改变辐射跃迁速率、无辐射跃迁速率和激发效率等 本文将针对稀土离子掺杂纳米发光体系和有机 物理量. 如将稀土掺杂纳米发光体系应用于生物成 荧光分子发光体系, 总结归纳常见的荧光调控思想 像或编码时, 通过离子共掺杂提高f-f跃迁的荧光辐 和途径, 并特别就金属纳米结构相关的表面增强荧