Vật liệu nano phát quang chuyển đổi ngược

Đại học Quốc gia Hà Nội Trường đại học Khoa học Tự nhiên VẬT LIỆU NANO PHÁT QUANG CHUYỂN ĐỔI NGƯỢC (UCNPs) Nhóm Vật liệu nano phát quang chuyển đổi ngược 01 02 Khái niệm Cấu tạo, tính chất Tổng quan, lịch sử Vật lý, hoá học 03 Cơ chế 04 Ưu, nhược điểm Liên quan quan đến ứng dụng Của vật liệu 01 Khái niệm tổng quan, lịch sử Khái niệm Tổng quan lịch sử Năm 1959, Nicolaas Bloembergen đề xuất giản đồ lượng cho tinh thể chứa tạp chất ion Ông mơ tả hệ thống có phát xạ trạng thái kích thích với chênh lệch lượng lớn nhiều so với kBT, trái ngược với thay đổi phản Stokes Nicolaas Bloembergen Khái niệm Tổng quan lịch sử Những tiến công nghệ laser cho phép quan sát hiệu ứng quang học phi tuyến tính đảo ngược 1960 1966 Khám phá thực nghiệm đảo ngc photon bi Franỗois Auzel Menyuk v cng s ó tìm ví dụ pha tạp Lanthanide hiệu mạng tinh thể florua pha tạp Yb / Er 1972 Vài năm gần đây, nhiều loại vật liệu nano trở thành đối tượng nghiên cứu: Vật liệu nano chứa ion đất phát quang chuyển đổi ngược (UCNP) Khái niệm hạt có kích thước nano (1–100 nm) có chuyển đổi photon trạng thái lượng thấp sang trạng thái lượng cao UCNP gồm kim loại chuyển tiếp pha tạp chất lantan; actinide dựa đất Hấp thụ lượng phạm vi hồng ngoại (IR) Phát lượng vùng khả kiến tử ngoại (UV) Khoa học vật liệu, lượng, môi trường, y sinh học 02 Cấu tạo, tính chất Về vật lý, hố học a Vật liệu b.Tâm kích hoạt c Ion tăng nhạy Cấu tạo, tính chất Hấp thụ photon lượng cao, truyền lượng cho tâm phát xạ thơng qua q trình truyền điện tích Có tính trơ quang học Kim loại chuyển tiếp đất hiếm, có cấu trúc bán kính ngun tử phù hợp với bán kính, điện tích cation Tạo điều kiện thuận lợi cho chuyển đổi điện tử, nâng cao hiệu suất UCNP a Vật liệu • Vật liệu cần độ ổn định hóa học tốt, lượng phonon thấp khuyết tật mạng nhỏ làm giảm tổn hao khơng xạ Có tính suốt xạ vùng nhìn thấy   • Nhiều vật liệu cho UCNP pha tạp ion đất Ln 3+ như: halogenua, oxide, phosphate, vanadate • NaYF4 vật liệu phổ biến cho UCNP chứa ion đất a Vật liệu Tinh thể NaYF4 tồn hai dạng: Tinh thể dị hướng, cấu trúc dạng hexagonal, - NaYF4 Các ion F- chiếm hai loại vị trí cation: chiếm Na+ loại thứ hai chiếm ngẫu nhiên với Na+ Re3+ Tinh thể đẳng hướng, cấu trúc dạng cubic, α- NaYF4 ion F- chiếm nút mạng chứa cation lỗ trống( Na+ Re3+) 3.1 Tổng hợp UCNPs 3.1 Tổng hợp UCNPs Các kỹ thuật chuyên biệt bao gồm xử lý sol-gel tổng hợp đốt Việc lựa chọn phương pháp tổng hợp phải cân tính đơn giản, dễ dàng,chi phí khả đạt hình thái mong muốn.  3.2 Cơ chế hoạt động Cơ chế phát quang chuyển đổi ngược Vật liệu UCNPs pha tạp lanthanide hứa hẹn đặc tính quang học chống Stokes chúng Q trình phát quang vật liệu bị kích thích photon dựa trình dịch chuyển Stokes anti-Stokes 3.2 Cơ chế hoạt động Các vật liệu phát phát photon có lượng thấp lượng photon kích thích Trong trường hợp đặc biệt phát xạ dịch chuyển anti-Stokes Sơ đồ phát quang thông thường phát quang chuyển đổi ngược upconversion 3.2 Cơ chế hoạt động Các chế phát quang chuyển đổi ngược Thông qua hấp thụ từ trạng thái kích thích (ESA) Hấp thụ nhiều photon từ trạng thái trạng → thái kích thích trung gian giả bền → tích lũy trạng thái kích thích cao  Truyền lượng (ETU) Truyền lượng trình hấp thụ từ trạng thái kích thích  Truyền lượng dựa hồn tồn vào chất tăng nhạy 3.2 Cơ chế hoạt động Các chế phát quang chuyển đổi ngược Thông qua hấp thụ từ trạng thái kích thích (ESA)  Truyền lượng (ETU) 3.3 Ứng dụng UCNPs Vật liệu UCNPs ứng dụng trong: + Hiển thị + An ninh + Quang điện tử + Đặc biệt y sinh nhận dạng hình ảnh, cảm biến sinh học, trị liệu ung thư Các UCNP có ưu thế: + Dùng nguồn kích thích hồng ngoại giúp giảm tối đa khả tự phát quang, nâng cao độ tương phản vi hình ảnh + Ánh sáng hồng ngoại thân thiện với thể người 3.3 Ứng dụng UCNPs • Drug delivery: Vận chuyển thuốc • Photodynamic therapy: Liệu pháp quang động • Photothermal therapy: Liệu pháp quang nhiệt • Gene therapy: Liệu pháp gen • Bioimaging: Phân tích sinh học • Biosensing: Cảm biến sinh học 3.3 Ứng dụng UCNPs Liệu pháp ung thư khơng xâm lấn Chăm sóc điều trị da ... đây, nhiều loại vật liệu nano trở thành đối tượng nghiên cứu: Vật liệu nano chứa ion đất phát quang chuyển đổi ngược (UCNP) 1 Khái niệm hạt có kích thước nano (1–100 nm) có chuyển đổi photon trạng... động Cơ chế phát quang chuyển đổi ngược Vật liệu UCNPs pha tạp lanthanide hứa hẹn đặc tính quang học chống Stokes chúng Q trình phát quang vật liệu bị kích thích photon dựa trình dịch chuyển Stokes... động Các vật liệu phát phát photon có lượng thấp lượng photon kích thích Trong trường hợp đặc biệt phát xạ dịch chuyển anti-Stokes Sơ đồ phát quang thông thường phát quang chuyển đổi ngược upconversion