反向能量传递增强Er^(3+)上转换发光EI北大核心CSCD

提高上转换发光效率是促进上转换发光材料实际应用的关键。在NaErF_(4)@NaYF_(4)体系中,惰性NaYF_(4)壳层可以抑制高组分Er^(3+)掺杂下的发光浓度猝灭,其上转换发光主要来源于Er^(3+)-Er^(3+)的能量传递上转换。本文利用共沉淀法制备了Er^(3+)和Yb^(3+)分区掺杂的NaErF_(4)@NaYbF_(4)@NaYF_(4)核壳结构的纳米颗粒,通过包覆惰性壳层研究Er^(3+)-Yb^(3+)-Er^(3+)之间的能量传递和反向能量传递过程。由于808 nm波长只能激发Er^(3+)而不能激发Yb^(3+),因此在808 nm波长激发下,Er^(3+)在惰性壳层的保护作用下将激发态能量传递给Yb^(3+),随后通过反向能量传递回Er^(3+),使得Er^(3+)的上转换发光增强。实验结果发现,当中间层Yb^(3+)掺杂浓度为100%时,绿色和红色上转换发光最大增强倍数为24.9和9.79。     

Gd~(3+)掺杂浓度对NaErF_4∶Yb纳米晶上转换荧光性能的影响

采用温和的溶剂热法制备较强红光发射的NaErF4∶Yb,Gd上转换纳米晶,控制Gd~(3+)的掺杂浓度实现了晶相和尺寸可控以及上转换荧光的增强。X射线衍射谱(XRD)、透射电子显微镜图像(TEM)和上转换发射光谱结果分析表明,Gd~(3+)掺杂可以有效地促进NaErF_4纳米晶的晶相由立方相向六角相转变,并且减小纳米粒子的尺寸。随着Gd~(3+)掺杂浓度的上升,上转换荧光强度明显增大。当Gd~(3+)摩尔分数为25%时,样品的上转换荧光强度达到最大。同时,研究了在980 nm近红外激光激发下,Yb~(3+)与Er~(3+)间有效的能量传递以及上转换发光机制。     

NaYF_4∶Yb,Er不同晶相和形貌的可控合成及上转换发光性能的研究

以氟化钠和稀土硝酸盐为原料,柠檬酸钠为表面活性剂,采用水热法制备出微米级NaYF_4∶Yb~(3+),Er~(3+)上转换发光材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和荧光光谱仪对所制备样品的晶相、形貌和发光特性进行了研究。结果表明,通过调节NaF/RE~(3+)的比例(5,6,7,8,9,11),实现了样品从立方相到六方相的转变,样品的立方相和六方相的X射线衍射峰分别与标准卡片PDF#77-2042和PDF#16-0334完全匹配。由扫描电镜图可以看出,样品的结晶度高,分散性好,形貌从棒状转变为六边形片状。样品的上转换荧光光谱显示,随着NaF/RE~(3+)的比例增大,样品的红绿光发射峰均增强,样品的520和539nm处的绿光发射峰对应的是Er~(3+)的~2H11/2→4I15/2和~4S_(3/2)→~4I_(15/2)的能级跃迁,而653nm处的红光发射峰对应的是Er~(3+)的~4F_(9/2)→~4I_(15/2)的能级跃迁。由样品的色度坐标图得出,调节NaF/RE~(3+)的比例还可以实现样品的光色可调,随着NaF/RE~(3+)的比例增大,样品的整体发光光色实现了从黄光区到近红光区的移动。由上述结果可以得出,通过相对简单的实验方法,温和的实验条件和相对低廉的材料成本,仅通过改变原材料中单一组分(NaF)物质的量,就达到了样品NaYF4∶Yb~(3+),Er~(3+)晶相、形貌转变以及发光光色移动的良好控制。荧光材料的晶相和形貌对其上转换发光的影响在光子器件和生物分析的研究中具有重要的潜在应用。     

Yb3+/Er3+共掺(MLaFn)x(M=0,K;n=3,4;x=1,1.5)纳米材料的控制合成及其上转换发光性质

采用水热与溶剂热结合的方法,在乙二醇-正己醇体系中,通过调节KF与RE(RE=La,Yb,Er)的量比、反应温度和反应时间实现了由LaF_3(六角相)到KLaF_4(立方相、六角相)晶型的控制合成。借助透射电子显微镜(TEM)和X射线粉末衍射(XRD)对样品的结构和微观形貌进行表征。结果表明,当KF/RE比例为2. 25时,制备的样品为片状的六角相LaF_3纳米颗粒;当KF/RE比例为3. 00时,得到具有近似球形的立方相KLaF_4纳米颗粒;当KF/RE比例为4. 25时,得到了六角相(KLaF_4)_(1. 5)纳米颗粒。上转换发射光谱显示:所有的样品在近红外光(980 nm)激发下,均有3个明显的发射峰,在522 nm、544 nm处分别对应于Er~(3+)的~4S_(3/2),~2H_(11/2)→~4I_(15/2)能级跃迁,655 nm处属于Er~(3+)的~4F_(9/2)→~4I_(15/2)能级跃迁。     

Yb3＋／Er3＋共掺NaYF4的晶体结构和上转换发光性能的研究

以乙二胺四乙酸（EDTA）为螯合剂,用一种改进的共沉淀法制备了 Yb3＋/Er3＋共掺的立方相NaYF4和Yb3＋/Er3＋/Gd3＋三掺的六角相NaYF4纳米晶。用透射电子显微镜、X射线衍射、荧光光谱等测量手段对样品的形貌、晶相和发光性能进行了表征。结果表明,通过掺杂Gd3＋,实现了NaYF4基质从立方相到六角相的相变。虽然据报道六角相的NaYF4比立方相的NaYF4上转换效率高,但是相变对上转换荧光光谱的影响还不清楚。本文着重研究了相变对晶格场能级分裂、发光强度和发光颜色的调控作用,提出了荧光增强和发光颜色可调的机理。用10 mW ,980 nm二极管激光激发,在立方相和六角相样品中均观察到肉眼可见的上转换荧光发射,分别是525/550 nm附近2 H11/2/4 S3/2→4 I15/2跃迁引起的绿光发射和657 nm附近4 F9/2→4 I15/2跃迁引起的红光发射。与立方相样品相比,六角相样品荧光发射谱线变窄,荧光强度增强了一个量级,出现了2 H9/2→4 I13/2跃迁引起的新发射峰,红绿比由2∶1增大到3∶1,这是因为六角相基质的晶格场对称性降低,于是增强了上转换荧光强度,同时六角相的晶胞体积变小,提高了掺杂离子周围的晶格场强度,导致发射谱线变锐,表明相变可以调节晶格场能级分裂,发光强度和发光颜色。     

离子液体合成方法中氟离子浓度对 NaYF4∶Yb3+,Er3+形貌、晶相及发光性质的影响

以离子液体作为溶剂合成了立方相、混相和六角相的水溶性NaYF₄∶20%Yb³⁺,2%Er³⁺上转换发光纳米粒子,用扫描电镜(SEM)、X射线粉末衍射(XRD)、发光光谱测量等手段对水溶性纳米粒子进行了形貌、晶相和发光性质表征。结果表明,高的氟离子浓度对六角相NaYF₄的形成有促进作用,其中六角相的产物表现出良好的发光性质和水溶性。     

反应物浓度对NaYF4∶yb3+,Tm3+晶相的影响

利用水热法,制备了具有不同形貌的NaYF4:20％ Yb3+,1％Tm3+上转换发光粒子.利用扫描电子显微镜、X射线衍射分析、发光光谱测量等手段对样品进行了形貌、晶相和发光性质的表征.结果表明,通过调控反应物的浓度,可以实现NaYF4基质从立方相到六角相的晶相转变.在980 nm红外光的激发下,六角相的NaYF4∶ 2...     

强上转换发光的LiLu_(1-x)Yb_xF_4∶Tm@LiGdF_4核壳纳米晶的制备

利用高温热分解法制备了LiLuF_4∶Yb,Tm@LiGdF_4核壳纳米晶。在980nm激光激发下,与未包覆的样品相比,LiLuF_4∶Yb,Tm@LiGdF_4核壳纳米晶的发光增强了15倍左右,这主要是因为通过惰性壳层的包覆可以有效抑制表面猝灭效应。另外,随着核中Yb~(3+)离子的摩尔分数从20%增加到100%,上转换发光强度逐渐增大,最大增加了12.4倍左右。这主要是由于增加Yb~(3+)离子的浓度可以增加纳米粒子对激发光的吸收和提高Yb~(3+)到Tm~(3+)的能量传递速率。所制备的LiYbF_4∶2%Tm@LiGdF_4核壳纳米晶的发光效率高达4%。     

银表面等离子体对掺铒铋化物发光玻璃中978和1539nm激光所致上转换发光的增强作用

三价稀土离子上转换发光有着一些很有价值的应用技术:波导上转换及放大和激光、上转换三维立体显示、飞秒光谱应用、激光控温、三维成像与存储、光学温度感应系统、牙科等生物物理应用、上转换荧光防伪、上转换宽带光源、和上转换红外显示片等。因为受到太阳能电池发展需求的促进,上转换研究再度呈现出澎湃的研究热潮。目前,利用金属表面等离子体共振的近场增强效应能够有效增强其表面附近的荧光物质的发光的特性,有可能较大幅度的提高上转换发光的强度,从而有可能进一步把上转换发光推向实用。利用离子引入法,在铋化物的发光玻璃中引入银颗粒。研究结果表明银表面等离激元的表面等离子体共振吸收峰位于580～600 nm;而且,加热时间的延长导致了表面等离子体共振吸收峰的剧烈增强和稍微蓝移。978 nm半导体激光能够导致531.0, 546.0和657.5 nm的三组Er~(3+)的~2H_(11/2)→~4I_(15/2),~4S_(3/2)→~4I_(15/2),~4F_(9/2)→~4I_(15/2)的双光子上转换荧光, 978 nm激光激发掺铒铋化物发光玻璃的上转换发光的机理是第一步的~4I_(15/2)→~4I_(11/2)共振基态吸收和随后的第二步的~4I_(11/2)→~4F_(7/2)的共振激发态吸收;纳米银的表面等离激元的引入促成铋化物发光玻璃中铒离子的978 nm激光激发的上转换发光最大增强了272.0%倍。1 539 nm半导体激光能够导致波长为528.0, 547.0, 657.0和795.0 nm的四组Er~(3+)的~2H_(11/2)→~4I_(15/2),~4S_(3/2)→~4I_(15/2),~4F_(9/2)→~4I_(15/2)和~4I_(9/2)→~4I_(15/2)的上转换荧光; 1539 nm激光导致的528.0 nm ~2H_(11/2)→~4I_(15/2)和547.0 nm ~4S_(3/2)→~4I_(15/2)上转换荧光的机理主要是1 539 nm激光的~4I_(15/2)→~4I_(13/2),~4I_(13/2)→~4I_(9/2)和~4I_(9/2)→~2H_(11/2)的三步光激发吸收跃迁过程, 1 539 nm激光导致的657.0 nm ~4F_(9/2)→~4I_(15/2)上转换荧光的机理主要是1 539 nm激光的~4I_(15/2)→~4I_(13/2),~4I_(13/2)→~4I_(9/2)和~4I_(11/2)→~4F_(9/2)的三步光激发吸收跃迁过程;纳米银的表面等离激元的引入导致了铋化物发光玻璃中铒离子的1 539 nm激光激发的上转换发光最大增强160.3%倍。显然,靠近银表面等离激元共振吸收峰的978 nm激光上转换的增强效果比1 539 nm激光的要好。     

Sc_2(WO_4)_3∶Er~(3+)/Yb~(3+)的上转换发光及其温度传感特性

通过高温固相法制备出一系列新型上转换材料Sc_2(WO_4)_3∶Er~(3+)/Yb~(3+)。在980 nm激光激发下,Sc_2(WO_4)_3∶Er~(3+)/Yb~(3+)样品发出肉眼可见的强绿光。利用荧光光度计测得样品的发光光谱,在500～600 nm之间有强绿光发射,分别归因于Er~(3+)的~2H_(11/2)→~4I_(15/2)和~4S_(3/2)→~4I_(15/2)跃迁发射。在650～700 nm位置处,有对应于Er~(3+)离子~4F_(9/2)→~4I_(15/2)跃迁的较弱的红光发射。随着掺杂浓度的变化,样品的红绿分支比发生变化。当样品掺杂Er~(3+)浓度为0.05%、Yb~(3+)浓度等于0.1%时,样品发射的绿光强度是红光强度的27倍。另外,利用荧光强度比方法研究了Er~(3+)的两个热耦合能级在303～573 K范围内的发光温度特性。393 K时,样品的灵敏度达到最大为0.006 8 K~(-1)。对比于其他荧光粉材料,Sc_2(WO_4)_3∶Er~(3+)/Yb~(3+)的灵敏度处于较高水平,在实际测温中具有更好的应用前景。     

Er3+/Yb3+共掺NaYF4/LiYF4微米晶体的上转换荧光特性

采用水热法成功制备了Er³⁺/Yb³⁺共掺杂的NaYF₄和LiYF₄微米晶体. 通过X射线衍射仪和环境扫描电子显微镜对样品的晶体结构及形貌进行表征. 实验结果表明: 六方相NaYF₄微米晶体为棒状结构, 而四方相LiYF₄微米晶体则为八面体结构. 在近红外光980 nm激发下, NaYF₄:Yb³⁺/Er³⁺和LiYF₄:Yb³⁺/Er³⁺ 微米晶体均展现出很强上转换荧光发射. 且NaYF₄:Yb³⁺/Er³⁺微米晶体的荧光发射强度大约是LiYF₄:Yb³⁺/Er³⁺微米晶体的2倍, 但红绿比明显较低. 根据荧光光谱, 并借助激光光谱学及发光动力学深入探讨基质变化及表面修饰剂乙二胺四乙二酸(EDTA)对荧光特性的影响. 实验结果发现: 影响荧光强度的主要因素是基质环境的局域对称性, 而导致不同红绿比则是由于样品表面较多的EDTA分子所引起. Er³⁺掺杂的NaYF₄和LiYF₄ 微米晶体呈现出很强的绿光发射可被应用于全色显示, 荧光粉和微光电子器件中.     

核壳纳米结构壳中Yb离子对稀土上转换发光温度特性的影响

采用油酸盐法分别制备出均匀的上转换发光裸核纳米粒子及其包覆具有不同Yb³⁺浓度掺杂的NaYF₄:Yb³⁺,Er³⁺核壳纳米结构的上转换纳米粒子。在不同温度下(90~450 K),研究分析了在壳中掺杂不同浓度Yb³⁺的NaYF₄:Yb³⁺,Er³⁺@NaYF₄:x%Yb³⁺核壳纳米体系的上转换发光特性。结果表明:在NaYF₄:Yb³⁺,Er³⁺上转换体系中,惰性壳中的525 nm(²H_11/2 →⁴I_15/2)发射峰呈现出与活性壳中不一样的趋势。壳层中掺杂的Yb³⁺通过声子对纳米粒子内部发光与表面及外界之间的相互作用起到了重要的"桥"连作用。     

氨基磷酸辅助的水热合成NaYF4:Yb3+,Er3+纳米晶及其上转换发光

以氨基磷酸为螯合剂,通过共沉淀与水热法相结合,成功地制备出NaYF4:Yb3+,Er3+纳米晶.研究结果表明:水热前后NaYF4:Yb3+,Er3+纳米晶均为立方相结构,其颗粒大小约为80nm.在980 nm近红外光激发下,实现了样品的上转换发光.样品的上转换绿红光发射带归因于Er3+的2H11/2,4S3/2→4 I...     

稀土掺杂的NaGdF4上转换发光材料的合成与发光特性研究

采用水热法制备了一系列不同掺杂浓度的NaGdF₄:Re(Re=Tm³⁺,Er³⁺,Yb³⁺)上转换发光粉。通过X射线衍射(XRD)、电子扫描电镜(SEM)和上转换发射光谱对样品进行了表征。XRD研究结果表明:合成的样品均为六方结构NaGdF₄。估算的平均晶粒尺寸为41~43 nm。在980 nm红外光激发下,Er³⁺和Yb³⁺共掺杂的NaGdF₄发光粉发出分别来自于Er³⁺离子²H_{11/ 2},⁴S_3/2→⁴I_15/2跃迁的绿光和⁴F_9/2→⁴I_15/2跃迁的红光发射,Tm³⁺和Yb³⁺共掺杂的NaGdF₄发光粉发出分别来自Tm³⁺离子的¹G₄→³H₆跃迁的蓝光、¹G₄→³F₄和³F_2,3→³H₆跃迁的红光和³H₄→³H₆跃迁的近红外光发射。Er³⁺,Tm³⁺和Yb³⁺共掺杂的NaGdF₄发光粉的发光强度及红、绿、蓝光发射的相对强度受Yb³⁺离子掺杂浓度的影响。对样品中可能的上转换发光机制进行了讨论。计算的色坐标显示:可通过改变掺杂离子浓度对上转换发光的颜色进行调控。     

小粒径同质/异质壳层结构NaGdF_4:3%Nd~(3+)纳米颗粒的近红外发光特性

采用共沉淀法制备了粒径小于5 nm的六方相NaGdF_4:3%Nd~(3+)纳米颗粒.纳米颗粒表面缺陷会使发光中心产生严重的淬灭,对其表面包覆适当厚度的壳层可以有效地减少发光淬灭,提高发光性能.对NaGdF_4:3%Nd~(3+)核心纳米颗粒分别进行同质和异质包覆并且通过调节核壳比制备了不同壳层厚度的NaGdF_4:3%Nd~(3+)@NaGdF_4和NaGdF_4:3%Nd~(3+)@Na YF4纳米颗粒,研究了不同的壳层厚度对核心纳米颗粒发光的影响,并对两种不同核壳结构纳米颗粒的发光性能进行了对比.在808 nm近红外光激发下,NaGdF_4:3%Nd~(3+)纳米颗粒发射出位于约866,893,1060 nm的近红外发射.与核心纳米颗粒相比,核壳结构的纳米颗粒的荧光强度增强,荧光寿命增长,并且随着壳厚的增加,荧光强度出现先增强后减弱、荧光寿命逐步增长的趋势.与相同条件下同质包覆的NaGdF_4:3%Nd~(3+)@NaGdF_4纳米颗粒相比,异质包覆的NaGdF_4:3%Nd~(3+)@NaYF_4纳米颗粒光谱荧光强度增强,寿命增长.     

钕敏化多层壳纳米结构的增强型染料敏化上转换发光

对于稀土离子掺杂的上转换发光,由于稀土离子吸收截面小、吸收范围窄,导致其发光强度受限。最近,在稀土上转换纳米粒子的表面连接近红外染料分子敏化发光,被证实是提高上转换发光强度的有效策略。然而,将染料分子连接经典的稀土Yb掺杂纳米粒子,并不能有效利用染料分子的敏化能力。针对这一问题,本文通过高温热分解法成功制备了Nd³⁺敏化的核/壳/壳(NaYF₄:Yb/Er(20/2%)@NaYF₄:Yb(10%)@NaYF₄:Nd(80%))纳米结构,与经典的IR-806敏化的NaYF₄:Yb/Er纳米结构相比,IR-806敏化的Nd³⁺掺杂的核/壳/壳纳米结构的上转换发光(500~700 nm)强度增强了约38倍。通过荧光光谱及荧光寿命分析证实,上转换发光强度增强源于Nd的吸收与近红外染料分子的有效交叠,以及壳层结构对发光中心的保护作用(Er³⁺(⁴S_3/2→⁴I_15/2)的寿命延长了1.7倍)。另外,研究发现纳米壳层结构中最外层掺杂的Yb³⁺离子将导致染料敏化发光减弱。进一步,这种IR-806敏化的Nd掺杂的核/壳/壳纳米结构可实现增强发光中心为Ho及Tm的上转换发光。本文研究为提高染料敏化上转换发光及应用提供了新途径。     

Yb浓度对功率依赖的上转换荧光色彩的敏感度调控

控制激发光功率密度是一种调控红绿荧光比率的简单方法.然而,大多数上转换系统对功率的调控并不敏感.本文通过柠檬酸钠辅助的水热法,合成了一系列具有不同Yb浓度掺杂的NaYF₄：Yb/Ho微米棒.通过激光共聚焦显微镜系统,研究了Yb浓度和激发功率密度依赖的NaYF₄：Yb/Ho微米棒的上转换荧光特性.发射谱和同步荧光成像图案表明：荧光红绿比率不仅敏感于激发功率,而且敏感度依赖于Yb浓度.随着Yb浓度的增加,功率调控的红绿比率的敏感度增加,这暗示了功率调控的红绿比率的敏感度可以作为一种度量和评估Yb掺杂浓度的有效途径和方法.通过上/下转换发射谱、激发谱和功率依赖关系,揭示了功率调控红绿比率的机理,并提出了荧光色彩敏感于功率调控的上转换系统具有的特征和判据.本研究为设计和合成高敏感度的功率调控的上转换材料提供了理论基础和实验数据.     

Ba5SiO4Cl6: Yb3+, Er3+, Li+荧光粉的制备及上转换发光性质研究

本文采用高温固相反应法制备了Ba₅SiO₄Cl₆: Yb³⁺, Er³⁺, Li⁺ 荧光粉, 并对其上转换发光性质及其发光机理进行了研究. 在980 nm 激光的激发下, Ba₅SiO₄Cl₆: Yb³⁺, Er³⁺ 荧光粉呈现较强的红色(662 nm) 和较弱的绿色(550 nm) 的上转换发光, 红色和绿色的上转换发光分别对应于Er³⁺ 离子的⁴S_3/2/²H_11/2→⁴I_15/2 和⁴F_9/2→⁴I_15/2 跃迁, 且随着掺杂的Er³⁺ 和Yb³⁺ 离子浓度增加, 样品的上转换发光强度增加, 这是因为Yb³⁺ 离子和Er³⁺ 离子之间的能量传递效率增加引起的. 在0.5—0.8 W 功率激发下,样品属于双光子发射, 而在0.9—1.2 W 功率激发下样品具有新的上转换发光机理——光子雪崩效应. 探讨了Li⁺ 掺杂对Ba₅SiO₄Cl₆: Yb³⁺, Er³⁺ 样品的上转换发光性质的影响, Li⁺ 离子的掺杂引起Ba₅SiO₄Cl₆:Yb³⁺, Er³⁺ 上转换发光强度增加, 这是由于Li⁺ 离子的掺入降低了晶体场的对称性引起的.     

K5Bi0.9Er0.1(MoO4)4的晶体生长和光学性质

在化学计量的熔料里,用提拉法生长了K₅Bi_0.9Er_0.1(MoO₄)₄单晶。该晶体属于三方晶系,空间群为R3m,z=1.5,晶胞参数为a=6.029?,c=20.823?(六方表示)。晶体具有层状结构,沿着(0001)面容易解理。晶体在室温下的吸收光谱包括有若干条吸收带,它们是稀土离子所特有的。其中三个主要的吸收峰分别相当于从Er³⁺离子的基态 ⁴I_15/2向 ⁴G_11/2, ²H_11/2和 ⁴I_13/2能级的跃迁。本文还给出晶体中相当于 ⁴I_13/2→ ⁴I_15/2跃迁的荧光发射光谱。 关键词：     

上转换纳米粒子CaF2:Er3+,Yb3+的合成及其温敏特性

采用水热合成法制备了CaF₂：Yb³⁺,Er³⁺上转换纳米粒子。在980 nm激发下,研究了来源于Er³⁺的²H_11/2/⁴S_3/2→⁴I_15/2跃迁的绿光发射和来源于⁴F_9/2→⁴I_15/2跃迁的红光发射。由于Er³⁺具有一对热耦合能级（²H_11/2/⁴S_3/2）,所合成的样品在293~573 K温度范围内有良好的温敏特性。利用荧光强度比（FIR）技术,测得样品在483 K时具有最大灵敏度0.002 85 K^-1。