最新刊期
      2022 年 第 43 卷 第 3 期

        封面文章

      • 刘秀,车艳玲,杨高岭,钟海政
        2022, 43(3): 297-313. DOI: 10.37188/CJL.20210394
        摘要：光子上转换是一种重要的非线性反斯托克斯发光现象，在激光、显示、光伏、信息安全以及生物成像与诊疗等领域具有应用前景。与研究较多的有机分子三重态-三重态湮灭和稀土掺杂纳米颗粒上转换发光材料相比，上转换量子点可以在宽光谱激发范围内实现上转换发光，具有频谱吸收宽、发光效率高、近红外可吸收、能带可调、尺寸小以及稳定性高等特点，引起了领域内的关注。本文介绍了上转换发光的种类及机理，对近年来上转换发光量子点的研究进展进行了总结，重点分析了基于激发态吸收的半导体双量子点的类型和设计原理，探讨了上转换发光量子点在发光二极管(LED)、光电探测、生物标记、太阳能电池等方面的应用潜力，特别是未来发展面临的挑战和前景。  
        关键词：上转换发光;量子点;能带调控;半导体纳米晶   
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        发布时间：2022-04-07

        特邀综述

      • 夏天昊,王云鹏,戴晓茹,凌世生,陈东,乔旭升,樊先平
        2022, 43(3): 314-326. DOI: 10.37188/CJL.20210385
        摘要：金纳米簇是一种制备工艺简单、具有分子级尺寸和量子效应的新型发光材料，近年来在化学发光检测中得到了广泛应用，特别是较多应用于体外生物检测。本文综述了金纳米簇化学发光(含电化学发光)体系在体外生物检测中的应用进展。首先，阐释了金纳米簇的合成方法、结构、性质及其化学发光基本原理；其次，总结了国内外近年来基于该体系的体外生物检测研究进展，并梳理了改善发光强度和检测灵敏度的已有策略；最后，对金纳米簇化学发光的未来发展趋势进行了展望。  
        关键词：金纳米簇;化学发光;电化学发光;体外生物检测   
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        发布时间：2022-04-07
      • 吕雪杰,许杰,林航,林世盛,王元生
        2022, 43(3): 327-340. DOI: 10.37188/CJL.20210414
        摘要：Pr3+掺杂长余辉发光材料因其稳定高效的红色持久性发光而备受关注。近年来，Pr3+掺杂红色长余辉发光材料的基础研究和应用探索均取得了长足的进步。本文总结了Pr3+离子发光特性与电荷迁移带位置的关系，概述了最近报道的发光材料体系，讨论了余辉性能的优化途径，介绍了相关材料在信息加密、交流发光二极管(AC-LED)、生物成像、应力传感等新领域的应用。最后，指出了目前Pr3+掺杂红色长余辉发光材料研究中仍存在的问题，并对其未来的研究方向进行了展望。  
        关键词：Pr3+离子;长余辉材料;发光机理;掺杂   
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        发布时间：2022-04-07

        材料合成及性能

      • 杨洁,赵建斌,刘乂尹,杨龙,王阳啸,唐李国,冯鹤,阮芳芳,郑建刚,郑丽和,苏良碧
        2022, 43(3): 341-349. DOI: 10.37188/CJL.20210358
        摘要：研究了15%Yb, 20%Na∶CaF2-SrF2混晶(Yb,Na∶CaF2-SrF2,CaF2∶SrF2=1∶1)的近红外光谱和激光参数特性。研究显示，Yb,Na∶CaF2-SrF2混晶在974 nm处吸收带宽为22 nm，吸收系数为13.09 cm-1，吸收截面为0.31×10-20 cm2。Yb3+离子在CaF2-SrF2基质中主发射峰中心波长位于1 010 nm，肩峰中心波长位于1 036 nm，发射带宽为56 nm，在2F5/2→2F7/2能级之间跃迁对应的荧光寿命为228 μs。采用激发波长980 nm时，1 010 nm处发射截面为6.52×10-20 cm2、1 036 nm处发射截面为4.11×10-20 cm2，分别是915 nm激发时的1.49倍与1.68倍；实现激光输出波长1 036 nm处达到布居反转时所需要激发的激活粒子数的最小分数βmin为0.34%，在零声子线974 nm处的饱和泵浦功率密度Isat为290.58 kW·cm-2。上述结果表明，Yb,Na∶CaF2-SrF2混晶在近红外波段高能量激光系统中具有潜在应用前景。  
        关键词：氟化物激光晶体;镱离子;吸收光谱;荧光光谱;饱和泵浦功率密度   
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        发布时间：2022-04-07
      • 何旭,吴亚楠,蒋越宁,刘景涛,向先兴,文成旭,李旭,王凤和
        2022, 43(3): 350-358. DOI: 10.37188/CJL.20210391
        摘要：利用Nd3+与Yb3+之间的能量传递，设计了808 nm激发下具有近红外光致发光的GdF3∶Nd3+,Yb3+@NaGdF4磁性纳米探针。通过合成参数调控，研究了反应时间和前驱物浓度对GdF3∶Nd3+,Yb3+材料形貌的影响。GdF3∶Nd3+,Yb3+在808 nm激发下在近红外(NIR)第一/第二窗口具有较宽的发射峰(970~1 070 nm)，共掺杂体系实现了Yb3+和Nd3+双发光中心发光，有效提高了近红外区间的发光性能，同时克服了用980 nm激发的荧光成像引起生物组织过热的缺点。表面包覆NaGdF4惰性壳可以进一步提高GdF3∶Nd3+,Yb3+的近红外发光强度，研究了不同厚度NaGdF4惰性壳对GdF3∶Nd3+,Yb3+发光增强的影响。由于Gd3+具有的顺磁特性，GdF3∶Nd3+,Yb3+@NaGdF4显示出顺磁性能，磁化值为0.45 A·m2/kg，适合作为磁共振成像(MRI)T1探针。GdF3∶Nd3+,Yb3+@NaGdF4纳米颗粒在NIR荧光成像和MRI领域具有广阔的应用前景。  
        关键词：近红外;能量传递;磁共振成像   
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        发布时间：2022-04-07
      • 凌乾坤,董必正,陈志宽,王华,魏定纬,李祥智,赵波,李天保,陈飞
        2022, 43(3): 359-370. DOI: 10.37188/CJL.20210397
        摘要：为提高有机发光二极管的发光效率，设计合成了两种新的红光磷光双极性主体材料FC-CZ-PQZ和FC-BCz-PQZ，两种材料均表现出优秀的光物理性能、较高热稳定能力和平衡的载流子传输能力，FC-BCz-PQZ表现最佳，与FC-Cz-PQZ相比，FC-BCz-PQZ的热稳定能力更强、载流子传输平衡性更好. 以FC-CZ-PQZ和FC-BCz-PQZ为主体，制备了红色PhOLEDs,FC-BCz-PQZ表现出了较高的电致发光性能，电流效率、功率效率和最大外量子效率分别为13.5 cd/A、14.2 lm/W 和 14.8%, 说明FC-BCz-PQZ有潜力成为红光PhOLED主体材料.  
        关键词：芴基咔唑;喹唑啉;红光PhOLEDs;双极性主体   
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        发布时间：2022-04-07
      • 李佳航,俞佳,胡美凤,曾惠丹,刘小峰
        2022, 43(3): 371-380. DOI: 10.37188/CJL.20210382
        摘要：通过高温熔融法制备了一系列(90-x)TeO2-10Bi2O3-xTa2O5(x=0%,2%,4%,6%,8%)TBT玻璃样品。拉曼光谱和X射线光电子能谱测试结果显示，随着Ta2O5的加入，玻璃网络中的［TeO3］与［TeO3+1］向［TeO4］转变，玻璃网络结构更加致密。这解释了差示扫描量热法测试中TBT玻璃的玻璃化转变温度Tg随Ta2O5的含量增加而增加的变化原因。当Ta2O5从0升高到8%，吸收光谱以及光学带隙方程计算表明，玻璃样品的光学带隙和乌尔巴赫能(Urbach)不断降低。使用Z扫描方法测试了各个TeO2-Bi2O3-Ta2O5玻璃样品的三阶非线性光学特性，结果表明，TBT玻璃的三阶非线性与Ta2O5的加入量呈正相关。当Ta2O5的加入量为8%时，其三阶非线性极化率为3.30×10-20 m2·V-2(2.36×10-12 esu)，这表明该组成的碲铋酸盐玻璃在非线性光学领域具备潜在的应用价值。  
        关键词：碲酸盐玻璃;氧化钽;非线性光学   
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        发布时间：2022-04-07

        器件制备及器件物理

      • 刘卫卫,孔佑超,陈小波,胡小艳,苗中正
        2022, 43(3): 381-387. DOI: 10.37188/CJL.20220002
        摘要：量子点发光二极管(QLEDs)具有色饱和度和色纯度高等优点，在照明与显示领域具有广泛应用前景，成为发光领域研究的热点之一。由于器件采用多层结构，表面和界面问题成为制约QLEDs发展的一个棘手问题。本文使用原子层沉积技术在氧化锌(ZnO)电子传输层和量子点(QDs)发光层之间插入不同厚度的二氧化钛(TiO2)薄层，对ZnO和QDs发光层之间的界面进行修饰。发现插入0.270 nm的TiO2后，器件的漏电流降低约一个量级，激子的平均寿命从15.94 ns增加到16.61 ns，说明插入TiO2修饰层可以有效降低QDs发光层中激子猝灭，从而提高器件在低驱动电压下的电流效率(约提高15%)。上述结果有望为QLEDs在照明和显示领域的产业化提供参考。  
        关键词：量子点;发光二极管;二氧化钛;界面修饰   
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        发布时间：2022-04-07
      • 刘畅,肖垚,刘恒,邓国亮,苗霈,王俊
        2022, 43(3): 388-395. DOI: 10.37188/CJL.20210396
        摘要：对自主研发的940 nm大功率三结垂直腔面发射激光器(VCSEL)单点器件的高温高电流老化失效后的器件进行了失效分析研究。首先，通过热阻测试确定了加速老化实验的结温，并计算了老化加速因子为104。随后，对老化过程中产生的失效器件进行失效分析。通过老化前后器件L-I-V、正反向V-I、光学及红外外观、近场光斑及透射电子显微镜(TEM)研究了器件老化前后性能及发光模式变化，确定了器件的失效位置，分析了失效原因，并通过TEM图像确认了器件失效是由P-DBR中的位错生长导致。本文为国际首次对多结VCSEL器件失效分析的研究报道，对继续优化VCSEL内部结构设计及提升工艺控制能力、提高多结VCSEL器件寿命及可靠性具有一定指导意义。  
        关键词：垂直腔面发射激光器;多结;失效分析;可靠性   
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        发布时间：2022-04-07
      • 曹修东,张会红,田野,张毅,顾港伟,张晓伟
        2022, 43(3): 396-403. DOI: 10.37188/CJL.20210387
        摘要：金属纳米颗粒的表面等离子体共振效应能够对特定波长入射光的吸收或者散射增强，正因为其独特的光学性质，金属纳米颗粒被尝试应用于荧光太阳集光器。本文利用全无机钙钛矿CsPbBr3量子点、Au纳米颗粒和硫醇-烯聚合物制备荧光太阳集光器。研究发现，掺杂适量Au纳米颗粒可以通过表面等离子体共振效应提高全无机钙钛矿CsPbBr3量子点荧光太阳集光器的外量子效率。当Au纳米颗粒的掺杂浓度为2.0×10-6时，荧光太阳集光器的外量子效率为12.3%，相比未掺杂Au纳米颗粒的荧光太阳集光器的外量子效率提升了78.2%。进一步提高Au纳米颗粒的掺杂浓度，荧光太阳集光器的外量子效率下降。荧光发射谱和荧光寿命谱测试结果显示，当Au纳米颗粒的掺杂浓度超过2.0×10-6时，过高的Au纳米颗粒掺杂浓度导致CsPbBr3量子点与Au纳米颗粒之间发生非辐射能量转移，荧光太阳集光器荧光量子产率(ηPL,LSC)下降导致了外量子效率下降。  
        关键词：钙钛矿量子点;Au纳米颗粒;表面等离子体共振效应;外量子效率;非辐射能量转移   
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        发布时间：2022-04-07

        发光产业及技术前沿

      • 李鹏,于超,姜文龙,王鹏,段羽
        2022, 43(3): 404-420. DOI: 10.37188/CJL.20210400
        摘要：半透明钙钛矿太阳能电池具备集采光及发电于一身的优点，在新能源汽车、建筑集成光伏系统等领域具有巨大的应用前景。光伏系统主要位于车顶或屋顶或开放区域，以实现最大程度地暴露在阳光下，半透明太阳能电池可以集成到车体或建筑物的侧面，达到最大限度地提高空间容量，扩大能源产量。但是，半透明钙钛矿太阳能电池如何在保证光电转换效率的同时具备良好的透光率，一直是科学界面临的难题，设计新型器件结构、开发吸光层和透明电极材料等问题亟待解决。本文围绕高性能、半透明钙钛矿太阳能电池总结了器件结构设计、材料选择和制备工艺方面最新的研究进展，并讨论了目前研究中所面临的问题和未来的发展方向。  
        关键词：半透明;钙钛矿;活性层;透明电极   
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        发布时间：2022-04-07
      • 卢子元,庄永漳,仉旭,王涛,谭毅,王倩静,张晓东,蔡勇,张宝顺,张晶
        2022, 43(3): 421-429. DOI: 10.37188/CJL.20210368
        摘要：将表面配体改性的CdSe/ZnS量子点(Quantum dots)和光刻胶混合，进而采用光刻工艺在InGaN/GaN蓝光Micro-LED上实现了最小尺寸为3 μm的高分辨率、高光效的量子点颜色转换膜层。同时系统研究了不同厚度和混合比例的量子点膜层的吸收/发射光谱及光致发光量子产率(PLQY)。为优化光转换效率，量子点膜层中加入了TiO2散射粒子以提高蓝光的吸收效率。更进一步地，经过设计引入分布式布拉格反射镜(DBR)，使得未被吸收的蓝光光子回弹到量子点转换膜层，这不仅提升了蓝光吸收效率，也增强了转换色彩的饱和度。同时采用了热激发方式来提升量子点的光致发光量子产率。为得到更高的显示对比度和色彩饱和度，引入黑色光阻矩阵来削弱临近图形之间的颜色串扰。实验结果表明，该量子点膜层可以用光刻技术实现高分辨率、高光效的颜色转换图层，为单片全彩化Micro-LED显示的发展提供了新颖可靠的技术路线。  
        关键词：Micro-LED;量子点;分布式布拉格反射镜(DBR);颜色转换;散射粒子   
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        发布时间：2022-04-07

        发光学应用及交叉前沿

      • 梁倩,王玉林,郑梅琴,陈艳希,黄文杰,李光满,黄彪
        2022, 43(3): 430-439. DOI: 10.37188/CJL.20210372
        摘要：以柠檬汁和尿素为原料，通过一步简单的微波热解制得了含氮荧光碳点(NCDs). 所得碳点发蓝色荧光，量子产率高达53.1%. Hg2+可以与NCDs表面基团络合形成非荧光的稳定化合物，导致荧光猝灭. 通过荧光猝灭与寿命的关系和紫外-可见光谱的变化情况得出猝灭应属静态猝灭. 另外，卡托普利的加入可以使NCDs荧光得以恢复，这是因为Hg2+与卡托普利的成键作用强于NCDs，卡托普利的加入使Hg2+ 脱离NCDs表面，荧光得以恢复. 在最优化的实验条件下，卡托普利的检测范围是0.25~25 μmol·L-1，检出限为0.17 μmol·L-1. 该探针成功地用于卡托普利片剂中有效成分的测试并取得了满意的效果.  
        关键词：碳点;荧光;卡托普利;Hg(Ⅱ)   
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      • 路露,徐律,张鑫,周小红,余乐平
        2022, 43(3): 440-452. DOI: 10.37188/CJL.20210389
        摘要：以叶酸和N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸为原料，制备了具有丰富氮含量(10.0%)和高荧光量子产率(23.64%)的N,P-CDs。由于Hg2+与N, P-CDs之间的电子转移作用，N,P-CDs的荧光将被猝灭，基于此构建了半胱氨酸/同型半胱氨酸(Cys/Hcy)增强型纳米探针。利用Hg2+和硫醇基团之间更强的相互作用，实现Cys/Hcy的检测。Cys的测定在0.1~150 μmol/L范围内存在线性关系，Hcy的测定在0.1~100 μmol/L范围内存在线性关系，检测限分别为30 nmol/L和50 nmol/L。此外，本文所制备的N,P-CDs具有较强的抗基质干扰能力，可用于自来水和尿液等真实样品检测；因其超低的细胞毒性和出色的细胞渗透性，可用于检测活细胞内的Hg2+/Cys，在生物传感方面具有较为广阔的应用前景。  
        关键词：N,P-CDs;荧光探针;半胱氨酸检测;同型半胱氨酸检测;细胞成像   
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        发布时间：2022-04-07
      • 尚主业,舒丽,王月,孟庆涛,贾宏敏,张志强
        2022, 43(3): 453-461. DOI: 10.37188/CJL.20210386
        摘要：Fe3+在人的许多生理过程中扮演着重要的角色，例如氧气运输、DNA合成、髓磷脂合成、线粒体呼吸、神经递质合成和代谢等。然而，过量的Fe3+会诱导细胞产生·OH从而引起细胞损伤，并且还会诱导β-地中海贫血、帕金森病、癫痫和阿尔茨海默病等疾病的发生。因此，对Fe3+的检测和监测具有非常重要的意义。本文设计并合成了一种以三苯胺为母体的增强型Fe3+荧光探针BL，并将其应用于实际水样中Fe3+的识别。结果表明，探针BL对Fe3+的识别具有较高的灵敏度，其检测限低至0.165 μmol·L-1。同时，Fe3+的加入会导致探针溶液的荧光颜色由蓝绿色变为黄色，能够达到“裸眼”识别的效果。通过高分辨率质谱证明了探针与Fe3+为1∶1配位。利用密度泛函理论计算了识别Fe3+前后轨道能级和电能的变化并解释了其荧光光谱现象。  
        关键词：三苯胺;铁离子;荧光增强型探针;裸眼;识别   
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