稀土配合物的分子内能量转移途径及掺杂聚合物的性质研究

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稀土配合物具有自身独特的发光性质,如荧光寿命长,单色性好,Stokes位移大,因而一直为人们所广泛关注。随着研究深入,人们倾向于把稀土配合物引入聚合物基质中,这样不仅克服了稀土配合物不稳定,容易解离的缺点,还结合了聚合物原料丰富、重量轻、成本低、抗冲击能力强、成型加工容易等优势。凭借这些优势,稀土配合物掺杂聚合物材料在荧光分析,彩色显示,能量转换器件,激光和光放大器的领域的应用潜力正在不断的得到就开发。稀土配合物的分子内能量转移过程,是稀土配合物发光过程的最重要环节,它关系到整个配合物的荧光量子效率,荧光寿命等发光特征。随着配合物种类的丰富和检测设备的升级,对于分子内能量转移的研究正在逐步地深入。而能量转移过程对配合物发光的影响,仍是目前一个重要的研究方向。在本文中,我们制备出了能够通过单线态敏化的稀土配合物的,并掺杂在聚合物中。利用Judd-Ofelt理论和一些光谱分析的手段,着重研究了不同敏化途径下,配合物发光的荧光特性,主要的研究工作如下:1.在铕配合物Eu(TTA)3Dpbt中,研究了单线态和三线态两种能量传递途经对配合物发光的影响。分析了两种能量传递途经的光谱性能;估计了两种能量传递途经的能量转移效率;测试了两种能量传递途经的发光寿命。结果表明,能量转移的途径不影响稀土配合物的发射光谱,但单线态的敏化效率要略高于三线态,而且单线态敏化时配合物的寿命更长。文章还分析了聚合物基质与溶液对稀土配合物发光的影响,指出聚合物分子链限制了配合物分子的热运动,使得热弛豫对稀土配合物的荧光的淬灭减小了。2.利用配合物Eu(TTA)3Dpbt在可见光波段的吸收制备了平板的太阳能集光器,并与Eu(TTA)3Phen掺杂的集光器进行了对比。两种集光器同样都没有自吸收,不同的是从吸收范围来看Eu(TTA)3Dpbt要更宽。测试了两种集光器的外部量子效率和能量转化效率,结果表明Eu(TTA)3Dpbt掺杂的集光器具有更宽的响应光谱和更高的转化效率。3.研究了溶剂极性对分子内不同的能量转移途径的影响。结果显示,三线态能量转移不容易受溶剂极性的影响,而单线态能量转移受溶剂影响明显。在单线态情况下,溶剂极性越大,能量转移效率越低。借助第二配体对稀土配合物发光的影响以及第二配体与银离子的相互作用,开发了一种检测银离子浓度的方法。通过实验验证,这一方法直接有荧光强度即可判断银离子浓度简便易行,并且对于配合物的使用量少,灵敏度高,检出浓度达到10-6mol/L量级。4.合成了单线态敏化的钕配合物Nd(TTA)3Dpbt,并把它与四个不同第二配体的配合物分别掺杂到PMMA基质中。通过测试他们各个跃迁的强度,借助Judd-Ofelt理论,计算出他们的三个强度参数。结合配合物的吸收、荧光光谱,分析了不同配合物的分子内能级,跃迁几率,荧光分支比等。通过分析发现存在单线态能量转移的Nd(TTA)3Dpbt位于1066 nm的4F3/24I11/2跃迁的荧光分支比最大,达到88.3%。这一值是见于文献报道的最大值,并且对于激光现象的产生有帮助。经过进一步分析,断定这与Judd-Ofelt参数2有着密切关系。五种配合物的激光参数也被计算出来,并与无机体系的掺钕光学材料进行比较。通过比较可以看出在配合物Nd(TTA)3Phen和Nd(TTA)3Dpbt掺杂的PMMA具有加大的增益截面,可以作为潜在的激光或光放大材料。
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