一．概念解析
1.1发光概念解析
发光指的是在一定条件下，物体通过特定的途径吸收了大量能量，然后再把这些能量在体内转换成光辐射的过程。根据光的特性和辐射特点可以把光分为两种：平衡辐射和不平衡辐射，即一种产生热辐射，一种发光。其中，非平衡辐射指的是在外部能量存在的情况下，使物体向非热平衡状态偏移，从而引起发射现象。若该物体将多余的能量以光辐射的方式消耗掉，使其自身回到平衡状态，则该过程就被称作发光。
可见所谓的发光现象指的就是被物体所吸收的能量没有通过热平衡过程，反而被转化到了非平衡辐射过程。目前常用的发光方式都是依照 Stokes定律进行，也就是材料吸收高能短波激发光发射低能长波发射光，这种发光方式称为下转换发光；还有一种与其相反的发光方式：材料吸收低能长波激发光，发射高能短波发射光，这样的发光方式被称为上转换发光，也可以称为反 Stokes发光。
1.2稀土掺杂纳米发光材料简介
本文所探究的稀土掺杂纳米发光材料，是一种新型的上转换发光材料，利用其优异的物理稳定性，使其与掺杂离子的晶格参数尽可能地匹配，并利用其较低的声子能量，来减少非辐射能源损耗。掺入的稀土离子具有旋光性，当受到激发光的刺激时，可以发出光亮。采用不同的上转换发光材料，利用不同的稀土元素，能够使其具有不同的荧光色。
掺杂离子有单掺、双掺和多掺之分，单掺杂的上转换发光效率比较低，可以用增加掺杂离子的浓度来解决，但如果掺杂浓度太高，则会造成荧光浓度淬灭等问题产生；所以通常情况下采用双掺杂稀土离子。
二．稀土掺杂纳米发光材料的制备方式
2.1热分解法
热分解法以金属有机化合物为原料，在高温状态下加入多种表面活性剂，使其不断进行裂解。高分子材料在加热条件下发生断裂的温度即为高分子材料的热解温度，这也是高分子材料的一个重要热学性质。聚合物的热裂解温度是指聚合物发生交联、降解等化学反应的起始温度，也是聚合物材料在成形过程中所能达到的最大温度。由此可知，黏流态的最佳加工温度区间介于黏流温度与热分解温度之间。一些聚合物的黏流温度非常接近于热分解温度，比如聚三氟氯乙烯和聚氯乙烯，所以在成型过程中一定要着重关注。当使用纯 PVC树脂进行成型时，不可避免地会出现局部分解或降解，从而导致树脂变色、解聚或降解。因此为了提高成型质量，人们经常在 PVC中添加增塑剂，以降低 PVC的塑化温度；同时添加稳定剂，防止PVC过度降解，从而保证顺利完成成型。对于大多数树脂而言，在其生产过程中添加合适的稳定剂，是确保其生产品质的关键。
2.2沉淀法
沉淀的主要方法包括共沉淀，直接沉淀，均匀沉淀等。直接沉淀法是通过具体沉淀操作从水溶液中提取氢氧化合物；共沉淀方法是通过加入配比好的沉淀剂，将其放置在混合的金属盐类中进行搅拌，使其均匀地混合并沉积，最终进行加热分解的沉淀方法。均相沉淀法一般是通过控制溶液中的沉淀剂浓度并对浓度比率进行逐步提高，例如尿素在水溶液中随温度逐步升高而水解，使得溶液的沉淀趋于平衡，且沉淀能在溶液中均匀地生成。目前最常用的制备纳米粒子的方法就是沉淀法。
2.3溶液-凝胶法
溶胶-凝胶法是一种很典型的上转换荧光纳米材料的合成方法，其基本原理是以稀土元素的硝酸根、金属的羟基等为原料，在较低温度下，经水解聚合等反应，使反应产物在液相中分散再聚合，获得具有复杂立体结构的凝胶材料，最后再经一定的温度热处理获得上转换荧光纳米材料。在溶胶-凝胶法中，最根本的条件是寻找一种可以将所需的材料溶解的介质，并且所用的材料必须具备足以形成溶胶所需的反应活性。
2.4分离法
在水环境质量检测过程中，水样中的待测组分通常为微量级，且往往不能达到现有检测方法所允许的检测下限，因此为了消除检测中的各种干扰，使待测物质的检测浓度达到现有检测方法所允许的检测下限，需要对其进行有效的分离与富集。分离法是以溶解度原理为基础，通过沉淀反应来实现的。具体做法是向被分离的试液中加入适当的沉淀剂，在一定条件下使预测组沉淀出来，或将干扰组分析出沉淀以去除干扰。
三．稀土慘杂上转换发光纳米材料的实际应用
3.1 三维立体显示器
在安全领域和显示领域，上转换荧光粉具有三维加密方式，且在一般照明条件下不被人看见，是一种独特的安全保护方式。上转换三维立体显示技术的原理是通过两束分别沿水平方向和垂直方向的红外激发光来对上转换发光材料进行谐振吸收，从而在立体上转换材料内部发出可见光点，将两束分别沿 水平方向和垂直方向的红外激发光按照一定的轨道进行运动，对上转换材料进行扫描，就可以获得三维立体模型。三维立体显示最具优势的地方在于经过电脑处理后，可以实现极高的清晰度，并且其发光区域在可见光区，在不使用任何仪器和工具的情况下，用肉眼就可以看到三维立体的清晰影像。
3.2防伪墨水
防伪印刷在认证文件，证书，钞票，以及产品的标识上等方面进行应用。当前用于安全印刷的大部分油墨都是下转换发光，即将短波的紫外线转化为长波的可见光。但下转换发光防伪墨水具有易于仿制的特点，而上转换发光纳米材料的激发光在近红外光区，同时其发射光在可见光区，因此上转换发光材料有望成为新一代防伪墨水。
使用上转换发光墨水具有以下优势：相对于常规的发光染料、紫外线光源，以上转换发光墨水和近红外光为激发光源更难被模仿。由于上转换发光物质不会被近红外线读取装置所激发，并且上转换发光物质不与大气中的氧、二氧化碳和水发生反应，所以能够在纸或含光亮剂的织物上进行书写。此外，通过对上转换发光材料进行结构优化，使得其在一定的激励强度下能够发出一定的荧光，从而达到对其进行检测的目的，提高了安全性。
3.3发光薄膜的透光性应用
由于柔性光伏电池具有可折叠、可卷曲、重量轻等特点，使得其在未来的大规模光伏发电和可穿戴便携式电子设备中有着广泛的应用前景，然而，如何实现对太阳能量的有效转化，依然是一个亟待解决的难题。目前，我国的太阳能利用总量远少于传统的化石能源，因此，发展高效太阳能电池体系，是制约能量成本关键因素之一。稀土离子因其具有丰富的能带结构而被认为是实现高效率光谱转化的重要候选材料，可利用亚带隙的上转换发光材料来减少不被吸收的光子所带来的能量损失。因此可将上转换发光材料与有机聚合物进行有机结合，得到具有上转换发光性能的薄膜材料，将其应用于柔性太阳能电池中。
四．结束语
稀土离子掺杂纳米发光材料表现出了很多优异的性质。伴随着纳米材料制备技术的发展与成熟，人们通过多种物理化学方法，制备出了具有不同尺寸、不同结构和不同成分的纳米发光材料，并结合多种表征手段，对其光学性质进行了深入的研究。 但是，在该领域的发展过程中仍存在很多问题，例如：激发剂在纳米粒子中的分布、分凝现象分析，跨界过程中的能量转移机理变化研究等。为此还需要通过各种合成工艺的组合，发展高分辨光谱学，构建并完善稀土掺杂纳米发光材料的基础理论。
参考文献：
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