[发明专利]基于光子晶体的三重态‑三重态湮灭上转换发光体系及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及非线性光学材料技术领域，尤其涉及一种基于光子晶体的三重态-三重态湮灭上转换发光体系及其制备方法。

背景技术

光致发光中，一种通过多光子机制把长波辐射转换成短波辐射，从而实现了低能量光波向高能量光波转换的现象被称为上转换发光。

实现上转换的技术有很多，利用具有较大双光子吸收截面的染料实现双光子吸收上转换，利用稀土材料等实现光波频率的上转换或者基于三重态-三重态湮灭上转换(Triplet-Triplet-Annihilation Upconversion，TTA-UC)是目前重要的上转换技术，并且均显示非线性光学特性。

然而，双光子上转换或稀土材料上转换存在较多的缺陷，比如需要激发光能量密度要达到兆级别才能作为其激发光源，但此数量级远远大于太阳光强密度(100mW/cm²，地面上太阳能标准采用AM1.5G)，所以双光子上转换或稀土材料上转换缺乏实际应用能力。另外，上转换发光效率低、难以控制敏化剂在不同因素下的上转换性能(比如温度变化，激发光强度变化)等都使得这些技术很难实用化。

进一步地，经研究发现，能量较低的激发光可作为TTA上转换的激发光源，处于基态的光敏剂分子被可见光激发至单线态激发态，经系间窜越达到三重态激发态后，通过互相碰撞将能量传递给能量受体(湮灭剂)的三重态，两个处于亚稳态的受体分子发生湮灭，在一定几率下产生一个单线态激发态受体分子，该分子跃迁回基态并伴随荧光发射，该过程中观察到从低频到高频的反stokes位移的荧光，以上为TTA上转换发光过程

由于所需激发光的能量密度低，吸光能力强、上转换量子产率高、激发发射波长可调等优点，TTA上转换在太阳能利用领域、三维光存储、荧光分子生物标记和光动力学治癌等高科技领域表现出良好的应用前景和高附加价值。但是近年来，所研究的大部分TTA上转换体系的量子产率较低，这使其实际应用很大程度地受限，所以提高TTA上转换发光效率成为了目前亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于光子晶体的三重态-三重态湮灭上转换发光体系及其制备方法，以解决现有技术中存在的问题。

为达到上述目的之一，本发明提供如下技术方案：

一种基于光子晶体的三重态-三重态湮灭上转换发光体系，其包括：上转换溶液与光子晶体膜；

所述上转换溶液与光子晶体膜按照如下方式相互作用：所述上转换溶液进入到所述光子晶体膜中形成单层混合体系，并通过所述光子晶体膜的布拉格镜面反射作用增强所述上转换发光体系的上转换荧光。

进一步的：所述上转换溶液包括光敏剂、湮灭剂以及有机溶剂。

进一步的：所述湮灭剂的浓度为1.7×10^-3～2.8×10^-3mol/L，所述湮灭剂与光敏剂的摩尔比为(350～200)：1。

进一步的：所述湮灭剂的浓度为2.4×10^-3mol/L，所述湮灭剂与光敏剂的摩尔比为300：1。

进一步的：所述光敏剂为金属卟啉化合物PdOEP；所述湮灭剂为AnCOOH；所述光子晶体膜为单分散聚合乳胶微球构成的光子晶体薄膜。

为达到上述另一目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于光子晶体的三重态-三重态湮灭上转换发光体系的制备方法，其包括如下步骤：

S1.配制上转换溶液；

S2.通过竖直沉积法，在玻璃基片的表面组装单分散聚合乳胶微球，得到光子晶体膜；

S3.将得到的所述光子晶体膜垂直浸入配制的所述上转换溶液中，得到本发明的三重态-三重态湮灭上转换发光体系。

进一步的：所述步骤S1具体包括：

提供光敏剂和湮灭剂，将二者按比例混合，配制得到光敏剂和湮灭剂的有机溶液。

进一步的：所述步骤S2具体包括：

S21.将玻璃基片和烧杯浸于洗液中清洗过夜，并用超纯水清洗过夜后的玻璃基片和烧杯，清洗后吹干玻璃基片和烧杯；

S22.向吹干后的烧杯中导入相同粒径的单分散聚合物乳胶微球分散液，再将吹干后的玻璃基片垂直地浸没于所述乳胶微球分散液中，在恒温恒湿条件下，待溶液蒸发完毕，玻璃基片表面组装有乳胶微球，得到光子晶体膜。

进一步的：得到的所述光子晶体膜的光子禁带与光敏剂的磷光位置或者湮灭剂的荧光位置相匹配。