Журнал наномедицинских и биотерапевтических открытий
Открытый доступ

Абстрактный

Люминесцентные наноматериалы и их применение

Мартин Нтваеаборва

Сегодня люминофоры имеют множество применений в таких приложениях, как электронные информационные дисплеи, твердотельное освещение, солнечные элементы, реклама и предотвращение краж. Используя метод сжигания раствора с использованием мочевины, мы подготовили регулируемые многоцветные и белые светоизлучающие оксиортосиликатные (R2SiO5) (R = La, Y, Gd) люминофоры с редкоземельными элементами (Pr3+ и Dy3+), легированные оксиортосиликатами. Мы исследовали фотолюминесцентные свойства LaYSiO5:Dy3+;Pr3+, LaGdSiO5:Dy3+;Pr3+, GdYSiO5:Dy3+;Pr3+ и La2-xGdxSiO5:Dy3+;Pr3+ (x = 0, 0,5, 1,0, 1,5 и 2,0) в порошках и тонких пленках. Пленки были нанесены методом абляции на подложки Si (100) с использованием метода импульсного лазерного осаждения. Были изменены несколько параметров осаждения, включая вакуум против парциального давления газа (O2 или Ar), тип лазерного импульса и температуру подложки. Образцы были проанализированы с помощью рентгеновской дифракции, сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС), энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии и фотолюминесцентной спектроскопии. Данные фотолюминесценции (ФЛ) были собраны на воздухе при возбуждении либо 325 нм HeCd-лазером, либо монохроматизированной ксеноновой лампой. Интенсивности ФЛ сильно зависели от концентраций легирующих примесей Pr3+ и Dy3+, соотношения La к Gd, условий осаждения и отжига после осаждения. Данные сканирующей электронной микроскопии и атомно-силовой микроскопии показали, что основное влияние условий осаждения на интенсивность ФЛ было через изменения в морфологии и топографии пленок, что влияет на рассеяние света и выходную связь. Чистота цвета полос, оцененная с использованием координат CIE, подтвердила, что наши образцы излучали настраиваемый многоцветный и белый свет. Анализ элементного состава показал, что между данными EDS, XPS и TOF-SIMS существует корреляция. Будут обсуждаться структура, морфология частиц, химический состав поверхности и электронные состояния, фотолюминесцентные свойства и возможные применения этих материалов в светодиодах с УФ-накачкой.

За последние два десятилетия люминесцентные наноматериалы привлекли значительный интерес из-за своих уникальных физико-химических, структурных и спектроскопических характеристик. Помимо их применения в классических фосфорных технологиях, таких как люминесцентные лампы, светодиоды, эмиссионные дисплеи, рентгеновские детекторы и томография, люминесцентные наноматериалы продолжают обеспечивать прорывы в областях безопасности (банкноты, идентификационные документы и т. д.), биологической маркировки (например, в исследованиях и для неинвазивной медицинской диагностики), зондирования и фотоэлектричества. Можно тонко настраивать их спектроскопические и физико-химические свойства в соответствии с конкретными требованиями. Важными примерами этих материалов являются полупроводниковые квантовые точки, углеродные точки, легированные металлами наноматериалы, металлические нанокластеры или органо-неорганические композиты и гибриды.

Наночастицы недавно стали важной группой материалов, используемых в многочисленных дисциплинах в области наук о жизни, от фундаментальных биофизических исследований до клинической терапии. Люминесцентные наночастицы являются отличными оптическими биозондами, значительно расширяющими возможности альтернативных флуорофоров, таких как органические красители и генетически модифицированные флуоресцентные белки. Их преимущества включают в себя превосходную фотостабильность, настраиваемые и узкие спектры, контролируемый размер, устойчивость к условиям окружающей среды, таким как pH и температура, в сочетании с большой поверхностью для закрепления целевых биомолекул. Некоторые типы наночастиц обеспечивают улучшенный контраст обнаружения благодаря их длительному времени жизни излучения и/или синему сдвигу длины волны люминесценции (антистоксовому) из-за преобразования энергии. Этот тематический обзор фокусируется на четырех ключевых типах люминесцентных наночастиц, эмиссия которых регулируется различной фотофизикой. Мы обсуждаем происхождение и характеристики оптического поглощения и эмиссии в этих наночастицах и даем краткий отчет о процедурах синтеза и модификации поверхности. Мы также представляем некоторые из их приложений с возможностями для дальнейшего развития, которые могут быть оценены читателями, имеющими физическую подготовку. Наночастицы недавно стали важной группой материалов, используемых во многих дисциплинах в области наук о жизни, от базовых биофизических исследований до клинической терапии.