Sc~(3+)共掺杂对单个NaGdF_4∶Yb~(3+),Er~(3+)微晶的上转换荧光调控

在高温、长时的水热氛围中,通过Sc~(3+)的共掺杂,制得了一类特殊的稀土掺杂氟化物微晶。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线探测器(EDX)和元素分布像(element mapping)对其晶相和形貌进行表征。结果表明,无Sc~(3+)共掺时,样品为六方相NaGdF_4基六角微米盘;有Sc~(3+)共掺时,六方相NaGdF_4基微晶与单斜相Na3ScF6基微晶共存于样品之中,并且随着Sc~(3+)掺杂浓度的升高,NaGdF_4基微晶发生了显著的形貌演变。值得一提的是,实际进入基质晶格的Sc~(3+)浓度远小于前驱物中Sc~(3+)的浓度。采用激光共聚焦显微技术测试了980nm激光激发下的单颗粒上转换光谱。结果表明,晶格内少量Sc~(3+)的有效介入,可诱导单个NaGdF_4∶Yb~(3+),Er~(3+)微晶内绿色荧光(~2H_(11/2)/~4 S_(3/2)→4 I15/2)对红色荧光(4 F9/2→4 I15/2)相对强度的显著调控,且随着Sc~(3+)掺杂浓度的增加逐渐升高。结合建议的上转换机制,对红色和绿色上转换荧光衰减曲线和对应发射带的积分强度对激发功率的依赖关系展开了详细分析。上转换荧光衰减曲线的上升时间随着Sc~(3+)掺杂浓度的升高逐渐缩短,红绿发射带积分强度对激发功率的依赖也随着Sc~(3+)掺杂浓度的升高变得更为明显,暗示了半径最小的稀土离子Sc~(3+)进入基质晶格后,从Yb~(3+)到Er~(3+)能量转移速率显著提升,使得绿光的~2H_(11/2)/~4 S_(3/2)激发态较红光的4 F9/2激发态更容易布居,从而产生可观的上转换荧光调控。此类微晶有望在荧光防伪、光学波导等领域获得重要应用。     

0.05mm薄塑料片小孔群光纤激光精密加工技术

利用光纤激光加工系统对厚度为0.05mm的薄塑料片进行了打孔试验,分析了激光功率、脉冲宽度、辅助气体压强及种类等工艺参数对薄塑料片小孔群加工质量的影响情况。实验结果表明:小孔孔径随激光功率、激光脉冲宽度、辅助气体压强的增大而增大。相比氮气作为辅助气体,采用氧气作为辅助气体,由于氧气有助燃的作用,孔径明显增大,孔质量变差,热影响区增大。采用优化后的激光加工工艺参数,加工出的小孔群孔径为40±2μm,孔壁光滑,加工质量满足设计要求。     

Eu3+:LaF3纳米晶体-液体悬浮系统中荧光弛豫的局域场效应

为研究Eu3+:LaF3纳米晶体-液体悬浮系统中局域场效应对荧光辐射寿命的影响,首先用水热法成功制得了粒径均匀、分散性良好的Eu3+:LaF3纳米晶体,通过将其悬浮在各种液体介质中测出了532 nm脉冲激光激发下Eu3+的5D0能级的荧光寿命,该能级的荧光衰减曲线呈明显的二阶指数衰减特征,对荧光寿命的分析表明其中快速荧光衰减部分源于纳米晶体表面附近的稀土离子.荧光衰减的长寿命部分与各种局域场效应理论模型中的最小二乘法拟合结果表明,忽略表面效应并考虑实际的量子效率时,实腔模型是解释本文的研究系统中荧光弛豫的局域场效应的最佳理论模型.     

Surface effect of nanocrystals doped with rare earth ions enriched on surface and its application in upconversion luminescence

By employing a certain proportion of hydrogen peroxide, ammonia, ammonium fluoride, and ethylene diamine tetraacetic acid (EDTA) as precipitator, well-crystallized LaOF:Eu3+ and LaOF:Yb3+, Er3+ nanocrystals are synthe- sized by using the chemical co-precipitation method. The structural properties of these samples are characterized by X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) spectra. The results show that all the samples have an average size below 70 nm, which decreases gradually with the increase of the EDTA content, and a certain number of EDTA molecules are coupled with doped ions on the surfaces of nanocrystals. Most of the doped ions are proved to be enriched on the surfaces of nanocrystals and surrounded by the high energy vibration groups and bonds in EDTA molecules. The observed differences in upconversion emission spectrum among the different LaOF:Yb3+, Er3+ nanocrystals are explained by the different two-photon upconversion mechanisms. Especially, in the LaOF:Yb3+, Er3+ nanocrystals with EDTA, the two-photon processes that contain several special cross-relaxation processes are introduced to analyse the corresponding upconversion mechanisms.     

锰离子对镥基纳米晶体的荧光调控与增强

通过调控Mn²⁺的掺杂浓度,在镥基纳米晶体成功地实现了六方、四方混合相到纯四方相的相位转变,并详细讨论了其相变机理. 时域和频域光谱的分析表明,立方相Na₅Lu₉F₃₂：40% Mn²⁺,20% Yb³⁺,2% Ln³⁺（Ln=Er³⁺,Ho³⁺）纳米晶体内的准纯红色荧光发射主要由Mn²⁺和Ln³⁺之间的两步能量转移引起. Mn²⁺掺杂后引起了发光离子附近局域对称性的降低,使得电偶极跃迁的辐射速率明显增加,进而导致了上转换、下转换荧光的极大增强. 该研究结果在生物荧光成像、太阳能电池效率的提高方面具备潜在的、广阔的应用前景. 关键词： 镥基纳米晶体 电偶极跃迁 两步能量转移 局域对称性     

单掺杂和共掺杂氟化物纳米晶体的发光特性

基质结构的变化为掺杂稀土发光离子提供了不同的局域环境,从而为改变和影响掺杂离子的光发射性质提供了条件。本文采用激光光谱学的方法从实验上研究了基质变化对氟化物纳米晶体中的掺杂稀土Eu3+和Pr3+的光发射性质的影响规律,以及同一基质中单掺杂和共掺杂稀土离子的光发射特性。结果发现:可通过变换基质和离子共掺杂来实现荧光谱线强度和色纯度的改进。依据掺杂离子的能级结构以及纳米晶体基质的对称性变化等因素,对所观测到的实验现象进行了分析讨论。     

稀土掺杂纳米晶体荧光发射性质的调控

稀土掺杂纳米体系的荧光发射过程主要取决于稀土离子的性质和基质结构。对于给定体系,可控荧光性能的构筑包括改变纳米颗粒自身性质和外部条件两个方面。改变颗粒自身性质的途径主要包括调节纳米晶体的成分、结构、掺杂元素的性质、浓度及颗粒的大小、形貌、表面修饰以及通过纳米金属结构实现的金属增强等。外部环境的改变则主要包括颗粒的环境温度和泵浦方式等。本文阐述了影响荧光发射的主要因素和调控荧光性质的主要途径, 并着重对晶体结构变化和稀土共掺杂所引起的局域对称性和相互作用变化进行讨论。