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[物理心情(二)]发光学启示----科研的能量传递、上转换、量子剪裁: sunyu367 2013-10-22 12:48; 发光学启示 ----科研的能量传递、上转换、量子剪裁~~ 发光学是应用物理（光谱与应用）及理论物理（量子电子学）学的重要分支，还涉及到材料科学、分子生物学等重要相关学科。他用发光中心、能级、能量传递、寿命、光子、声子、电子、速率方程等一系列物理概念、模型和工具，描绘了固体、液体、气体和等离子体等各类物质的发光过程和信号特征。内涵如此丰富的科学体系，不仅属于物理，还会给我们的科研活动带来很多启示。假设我们每个个体或每一项工作都是系统中的全同粒子或不同粒子，能量的有效传递传递（量子通道）可以实现科研思想、实验数据、结果分析等过程的高效率。在不同的课题中，我们可以是发光中心（成果的发布者或总结者），可以是敏化中心（大量验证性实验的操作者），可以是泵浦光源（思路的开创者或团队领导者），可以是声子（助手与沟通者），而科研的大环境相当于发光基质或辐射传播介质，每个环节的正常进行时完成发光过程的必要条件，能量在团队的每个成员间传递，在良好的氛围中形成增益，最终发出奇异的光彩，需要的正是团结协作。不同的团队、单位相互协作，构建一流的学术研究群体，也同样需要可靠的能量传递节点和路径，这样，我们的科学事业才能呈现异彩纷呈的图景，否则再美妙的个人理想也只能无奈地耗散于无序的蹉跎岁月之中。有一种艺术叫沟通。发光学中存在一类重要过程叫做“上转换发光”，是将低频（低能量）光子转换为高频（高能量）的过程，这一过程与许多复杂的科研成果的取得相似，如中微子探测、基因组测序、载人航天、国家大科学工程等项目，都需要经历复杂的人员、数据和资源的协同创造过程。这单光子不断向高频转换的过程中，许多能量状态需要保持相对较长的能级寿命而充当能量转换的阶梯，若能量传递的相关能级不匹配则需要一些基于声子振动的无辐射跃迁加以调整，两个离子之间还会通过交叉弛豫过程进行状态布居数的调整，进而为进一步的激发态吸收或能量传递提供基础，甚至几个光子在介质中直接协同转化为一个高能光子（合作敏化上转换），若发光后残留在系统内的能量可以不断地支持新的发光过程则可以实现雪崩式发光，在这些过程中，不同类的发光中心、电子、声子、光子本无差别（全同），它们在发光过程中究竟承担什么任务，除了材料设计的约定意外，都可以说是命运的选择。我们每个个体在完整的科研工作中，可以是操作、分析、管理人员，而于同类人员而言可视为全同粒子，我们只能各尽其用，协同完成工作，如果为究竟有哪个个体去实现最终的过程而起争端，那应该是很危险的。只有我们每个个体的智慧和劳动在整个过程中去实现布居、转化、交换、协调，完美沟通，才可能去完成既定的高水平科研目标，也许我们每个个体都没有独立实现很高的目标，但是我们可以通过协作来实现，这就是科研成果的“上转换”过程。有一种艺术叫积累。发光学中还存在一类重要的过程叫做“量子剪裁”，是将一份高频光子的的能量分解成若干份低频光子能量，进而实现能量转换或发光过程。我们的科研工作中会存在很多远大的目标，也可能掌握很多资源，或者获得了不菲的收益。目标如何实现、资源如何利用，收益如何分配，都需要一种合理的剪裁。实现远大的目标，通常需要若干切实的步骤，需要多个个体去分担分任务；丰富的资源要合理调配，有时也要与其他资源拥有者互通有无；收益的分配要公道，否则将破坏系统的稳定性。规划者有全局观，个体有归属感，这样的剪裁才富有科学的美感。有一种极端的量子剪裁过程叫“闪烁”，就是将高能射线转化为可见荧光，要求荧光高效稳定，这就需要闪烁体具有较强的抗辐照能力和可靠的发光能力。精彩的创意可能令人绞尽脑汁、可观的资源寄托的是家国的希望、丰硕的成果背后是辛勤的汗水，我们只有尽可能地让它们发挥作用，方能对得起那份承载梦想的付出。有一种艺术叫剪裁。发光学中还有“超快”、“长余辉”、“激光（谐振）”等过程，于我们的科研工作也算是各有深意。迅捷、持久、整齐化一（简直就是战士）等都是科研人员或团队需要具备的优良品质。我们在从事物理研究的同时，能够感悟其中的道理，也是一种快乐。每一束光都拥有独特的色彩，而每一束人造光会把人们的科技梦想承载。祝福各位朋友在科研群体中发挥所长、团结协作，生活顺利，科研愉快。愿每一个真诚、善良、勇敢的小小梦想都在人类的梦想中闪耀。; 3663 次阅读|0 个评论

“离子掺杂：一种可控合成镧系纳米晶新技术”综述论文在线发表: 热度 3 fjirsmdqchen 2013-5-7 08:31; “离子掺杂：一种可控合成镧系纳米晶新技术”综述论文在线发表（Nanoscale, 2013, DOI: 10.1039/C3NR00368J ）全文链接：http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2013/nr/c3nr00368j; 3476 次阅读|4 个评论

具有内禀单带上转换发光特性的Yb/Er(Tm): Na3Zr(Hf)F7纳米晶: 热度 5 fjirsmdqchen 2012-9-12 08:45; 近年来，镧系离子掺杂上转换纳米晶材料在生物标记、太阳电池、固态激光与三维显示等方面具有潜在应用前景而受到广泛的关注。众所周知，镧系离子能级丰富，将它们掺杂在合适的基体中，可以实现紫外到红外的多波段发射。但是，这种多带发射将导致能量分散（不集中），因此不利于实现镧系离子特定能级的高效发光。最近，我们采用溶剂热法成功合成了一类单分散 Na 3 MF 7 (M=Zr, Hf) 氟化物纳米晶；将 Yb/Er( 或 Yb/Tm) 共掺杂到 Na 3 MF 7 晶格中后，在 980 nm 激光激发条件下，可以观察到内禀的单带红色（～ 650 nm ）或近红外（～ 800 nm ）上转换发光。与传统的 Yb/Er: NaYF 4 纳米晶相比，所研制的纳米晶的红光发射强度提高 5 倍左右。我们认为镧系离子在 Na 3 MF 7 基体中形成团簇是导致这类材料易于出现单带上转换发光的原因。相关研究结果发表在英国《化学通讯》上（ Chem. Commun., 2012, DOI: 10.1039/C2CC35480B. ）全文链接： http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2012/cc/c2cc35480b; 个人分类: 科学研究|5857 次阅读|11 个评论

可望用于提高太阳电池转换效率的镧系发光纳米材料综述文章发表: fjirsmdqchen 2011-11-26 16:54; 可望用于提高太阳电池转换效率的镧系发光纳米材料综述文章在Nano.Energy（2012，1， 73-90）上正式发表！全文链接： http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285511000140; 个人分类: 科学研究|4356 次阅读|0 个评论

晶种氯化法制备单分散上转换发光Yb/Er: MFCl纳米晶: fjirsmdqchen 2011-8-31 09:40; 近年来，稀土离子掺杂的单分散上转换无机纳米晶因其在生物荧光标记、热疗等方面具有潜在的应用前景而得到大家的广泛关注。为了提高纳米晶的上转换发光效率，稀土掺杂的基体材料的选择十分的关键。一般而言，基体材料的声子能量越低，掺杂离子的无辐射跃迁几率也越低。目前常用的稀土上转换发光的基体材料为氟化物。最近，我们采用晶种氯化法合成出了单分散的碱土氟氯化物纳米晶（ MFCl ， M=Ca, Sr, Ba ），这是一类声子能量介于氟化物与氯化物之间，且物化性能稳定（不潮解）的基体材料。我们首先采用热分解法制备出 MF 2 纳米晶，随后在溶液中加入三氯乙酸、并控制反应条件实现对氟化物的部分氯化，最终实现 MFCl 纳米晶的可控制备（如图所示）。发光谱测量表明：与同尺度的 Yb/Er: SrF 2 纳米晶相比， Yb/Er: SrFCl 纳米晶的上转换发射强度提高一倍。相关研究结果发表在英国《化学通讯》上（ Chem. Comm. 2011, 47, 11083 ）全文链接： http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2011/cc/c1cc13763h; 个人分类: 科学研究|5064 次阅读|0 个评论

透明纳米结构玻璃陶瓷发光材料: fjirsmdqchen 2009-12-28 13:08; 近年来，透明纳米结构玻璃陶瓷因其在光通讯、激光、固态三维显示和太阳能电池等领域具有广阔的应用前景，而成为光学材料领域的研究热点之一。透明玻璃陶瓷是一类通过玻璃的受控晶化而形成的由特定纳米晶相和玻璃基体构成的复合材料，比如近年来研究较多的氟氧化物玻璃陶瓷纳米复合材料。其优点在于： (1) 具有晶体高的发光效率； (2) 具有无机玻璃高的机械强度、化学稳定性和易于加工的特点； (3) 相对于晶体材料，制备技术简单、周期短、成本低。研究的核心问题：获得均匀分布于玻璃基体的特定纳米晶相，且稀土离子进入晶相环境。一般采用熔体急冷法和后续晶化处理来获得玻璃陶瓷，其典型流程如下图所示：下面介绍几个本人在玻璃陶瓷方面的工作实例 1、玻璃陶瓷的纳米晶化和稀土分离通过组分调整与晶化控制，在同一硅铝氧化物玻璃基体中成功析出单分散分布的镧系三氟化物（ LnF 3 , Ln=La-Lu ）纳米晶；从玻璃网络结构、组元间键能关系以及镧系元素半径收缩原理出发，成功地解释了析出晶相存在二形性转变的现象。玻璃陶瓷的显微结构照片，可以看出晶粒较均匀地分布在玻璃基体上。相关工作参考： CrystEngComm, 11, 1686 (2009) 小结：通过选择合适的前驱玻璃组成和晶化条件，可以获得具有接近理想结构的透明纳米结构玻璃陶瓷复合材料。该类材料的显著特征在于：（ 1 ）纳米晶相具有较大的选择性；（ 2 ）稀土离子富集于纳米晶中有利于促进离子间的相互作用。因此，材料在实现新颖上转换、量子剪裁下转换、敏化发光等方面具有独特的优势。针对既有的玻璃陶瓷体系，通过进一步改善显微结构和提高物性，可望开发其在短波长（紫外 - 蓝光）上转换激光器、太阳能电池和固态照明等方面的潜在应用。; 个人分类: 科学研究|16056 次阅读|12 个评论

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