水热法合成纳米晶NaYF_4∶Er~(3+),Tm~(3+),Yb~(3+)的上转换发光特性

以EDTA为络合剂,用水热法合成了Er3+,Tm3+和Yb3+共掺杂的NaYF4纳米晶。XRD和TEM的结果表明:粒径约为30 nm,属于六方晶系。在980 nm半导体激光器激发下,研究了不同Er3+离子掺杂浓度对Tm3+和Er3+离子上转换发光性能的影响,光强与泵浦功率的双对数曲线表明,474,525,539,650 nm的发射均属于双光子过程,408 nm的发射属于三光子过程。讨论了样品的协作敏化和声子辅助共振能量传递的上转换发光机制。     

不同波长激发下YLiF_4∶Er~(3+),Tm~(3+),Yb~(3+)的发光

水热法合成了YL iF4∶Er3 ,Tm3 ,Yb3 ,其中Er3 、Yb3 和Tm3 的摩尔分数分别为1%、1.5%和2%。当用355 nm光激发时,其发光为蓝色,峰值位于450 nm,对应于Tm3 的1D2→3F4跃迁。用378 nm激发时,发光为绿色,主要发光峰位于552 nm。980 nm光激发时,发光为白色,发光峰分别位于665(651),552(543),484,450 nm处,并在648 nm处还观察到了一个发光峰,其中最强的发射为红光。YL iF4∶Er3 ,Tm3 ,Yb3 的蓝光来源于Tm3 的激发态1G4到基态3H6的跃迁,绿光来源于Er3 的4S3/2和2H11/2到基态4I15/2的跃迁,红光既来源于Tm3 的1G4→3F4的跃迁,也来源于Er3 的4F9/2→4I15/2的跃迁。在上转换发光中,还探测到了紫外光359 nm的发射。监测665 nm得到的激发光谱不同于监测552 nm的激发光谱,在665 nm的激发光谱中出现了对应Tm3 的1G4能级的峰。在双对数曲线中,蓝光484 nm、绿光552 nm和红光665 nm的斜率分别为2.25、2.28和2.21,紫外光359 nm的斜率为2.85。因此在980 nm激发下,蓝光484 nm、绿光552 nm和红光665 nm都是双光子过程,紫外光359 nm的发射是三光子过程。     

共沉淀法制备NaYF_4∶Tm~(3+),Yb~(3+)的上转换发光

通过共沉淀法制备Tm3+和Yb3+掺杂的NaYF4上转换发光材料。其中Tm3+和Yb3+的摩尔分数分别为0.01%,0.1%。在室温下测试了NaYF4∶Tm3+,Yb3+材料在300～1 100 nm的吸收光谱。利用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)测试了合成材料的物相结构和微观形貌。结果表明:NaYF4∶Tm3+,Yb3+材料为六方相晶体,其颗粒大小约为50～60 nm,产物结晶良好,含有少量杂相。在798 nm近红外光激发下,测试了样品的上转换发光光谱。观察到了蓝、绿色上转换发光。讨论了上转换发光的可能机理,蓝光主要来源于Tm3+的激发态1G4到基态3H6的跃迁,绿光来源于Tm3+的1D2→3H5跃迁。     

NaYF_4∶Yb~(3+),Tm~(3+)/CdSe纳米异质结构的近红外上转换发光性能

采用两步高温热分解法合成了纳米异质结构的Na YF4∶Yb3+,Tm3+/Cd Se。X射线衍射测试结果表明样品由纯六角相的Na YF4(β-Na YF4)和纤锌矿型Cd Se组成。980 nm激发的上转换光谱表明Na YF4∶Yb3+,Tm3+和Cd Se之间存在能量传递,Tm3+将Yb3+传递给它的能量部分地传递给Cd Se,被激发的Cd Se又将能量回传给Tm3+的相应能级,最终使得Na YF4∶Yb3+,Tm3+的紫外和蓝光发射完全消失,而797 nm的近红外发射大幅增强。Na YF4∶Yb3+,Tm3+/Cd Se纳米异质结构的激发光和发射光均处于生物组织的光学透过窗口(700~1 100 nm),对生物组织的光损伤小,在生物医学领域有很大的应用潜力。     

β-NaYF_4∶Yb~(3+)/Er~(3+)@β-NaYF_4∶Yb~(3+)的上转换发光特性

利用溶剂热法制备了β-NaYF_4∶20%Yb~(3+)/2%Er~(3+)核颗粒和β-NaYF_4∶20%Yb~(3+)/2%Er~(3+)@β-NaYF_4∶x%Yb~(3+)(x=0,20,50,70,100)核壳结构纳米颗粒。在未包覆β-NaYF_4前,核纳米颗粒的尺寸约为30 nm;在包覆β-NaYF_4壳层后,纳米颗粒的尺寸增加至40 nm左右,并且上转换绿光和红光分别提高了14倍和25倍。上转换发光强度能够增强如此之多是因为包覆的壳层有效地抑制了处于激发态的Yb~(3+)与纳米颗粒表面缺陷之间的能量传递过程。随着壳层中Yb~(3+)掺杂浓度的提高,纳米颗粒的尺寸并未发生明显变化,一直保持在40 nm左右。但是,纳米颗粒的上转换发光强度却随着Yb~(3+)浓度的提高而明显减弱。由于在980 nm波长的激光辐照时,大部分980 nm的光子会被纳米颗粒壳层中的Yb~(3+)所吸收,能够被核中的Yb~(3+)所吸收的980 nm光子数目非常少。然而,由于壳层中的Yb~(3+)距离核颗粒中的Er~(3+)较远,使得二者之间的能量传递效率非常低,从而大大降低了纳米颗粒的上转换发光强度。     

不同醇水比对β-NaYF_4∶Yb~(3+),Er~(3+)晶相的影响

采用水热法制备不同醇水比的NaYF4∶20%Yb3+,2%Er3+晶体,通过XRD、FE-SEM、TEM、PL测试手段对合成样品进行表征和分析。样品的FE-SEM图结果表明,随着醇水比的增大,颗粒尺寸越来越小,最小可达纳米级。通过XRD测试表明,醇水比对样品的晶相亦有影响,当醇水比为30/10 mL时,产物中开始出现α-NaYF4晶相。验证了形成机理的正确性并得到一条相转变反应时间与醇水比关系的模拟曲线图。TEM图显示样品属于多晶,且结晶性能良好。在980 nm近红外光激发下,β-NaYF4∶20%Yb3+,2%Er3+上转换晶体发出绿光和红光。     

Tm~(3+)/Yb~(3+)∶LaF_3纳米体系中掺杂Yb~(3+)离子对Tm~(3+)离子荧光发射的影响

为研究Yb~(3+)离子浓度变化对Tm~(3+)离子在蓝色波段荧光强度的影响,以NaF和La(NO_3)_3为原料,采用水热法制备了Tm~(3+)和Yb~(3+)共掺的Tm~(3+)/ Yb~(3+)∶LaF_3纳米颗粒.用X射线衍射对LaF_3纳米颗粒进行表征的结果显示,纳米晶体结构呈六方相.透射电镜的观测结果显示,纳米颗粒样品大小均匀、分散性良好.在波长为800 nm的激光激发下,观测到了上转换蓝光发射,其中包括波长为474 nm和479 nm的较强的荧光辐射(相应的跃迁为~1G_4→~3H_6)和波长位于450 nm的强度较弱的荧光发射(相应的跃迁为~1D_2→~3F_4).通过观测不同Yb~(3+)离子浓度条件下共掺Tm~(3+)/Yb~(3+)∶LaF_3样品的荧光光谱,研究了Yb~(3+)离子掺杂浓度对于Tm~(3+)离子的荧光发射的影响,并探讨了产生这种现象的原因.研究结果显示,对于~1G_4→~3H_6跃迁产生的荧光发射(474 nm),当Yb~(3+)离子浓度增大时,反向能量传递速率的增加导致了荧光强度的增大.然而,当Yb~(3+)离子浓度增大到一定程度时,Yb~(3+)离子激发态能级寿命的减少将引发荧光强度的下降.相比较而言,Yb~(3+)离子的浓度的变化对于~1D_2→~3F_4跃迁产生的位于450 nm处荧光强度的影响较弱.     

YVO_4∶Yb~(3+),Er~(3+)纳米粒子颜色可控的高色纯度上转换发光

采用共沉淀法制备了四方相锆石型结构YVO_4∶Yb~(3+),Er~(3+)纳米粒子。粒子表面光滑,结晶良好,呈类球状,粒径~80 nm。在980 nm和1 550 nm红外激发下,粒子呈现类似的特征发射,峰位位于634~706 nm的红光和513~573 nm的绿色分别归因于Er~(3+)离子~4F_(9/2)→~4I_(15/2)和~2H_(11/2),~4S_(3/2)→~4I_(15/2)能级间的辐射跃迁。通过激发光波长控制,在同组分粒子中实现了颜色可控的高色纯度绿、红色发光,对应的绿红光和红绿光分支比分别高达29.5和37.97。借助能级跃迁模型,详细讨论了不同激发条件下的纳米粒子上转换发光的跃迁和变化机制。     

BaMgF_4:Er~(3+),Yb~(3+)上转换纳米晶的合成及其发光性能研究

采用反向共沉淀法制备了形貌呈棒状的BaMgF4:Er3+,Yb3+上转换纳米晶.样品在980 nm半导体激光器激发下发射绿色和红色上转换荧光,其发射的绿、红发射带归因于Er3+离子的2H11/2—4I15/2,4S3/2—4I15/2和4F9/2—4I15/2跃迁.当Er3+的掺杂浓度为3%,Yb3+离子掺杂浓度为10%时,荧光粉的上转换发光强度最强;随着Yb3+离子浓度的增加样品的红光发射增强,绿光发射减弱.通过上转换发光强度与抽运电流关系曲线的拟合,得出BaMgF4:Er3+,Yb3+上转换材料的绿光与红光的上转换过程均为双光子吸收过程.     

水热合成NaGdF_4∶Yb~(3+),Er~(3+)及Na(Y,Gd)F_4∶Yb~(3+),Er~(3+)的尺寸控制及发光性能研究

采用水热法制备NaGdF4∶Yb3+,Er3+及Na(Y,Gd)F4∶Yb3+,Er3+,通过改变温度、时间、pH、柠檬酸三钠浓度比、氟源浓度比及掺杂Y3+浓度来调节颗粒的尺寸及研究其对发光强度的影响。通过XRD、FE-SEM、PL测试对样品进行表征分析。当溶液呈强酸性时,形成的是纯GdF3相;pH提高后,GdF3转变为β-NaGdF4相。柠檬酸三钠含量的增加会抑制颗粒尺寸的生长从而降低发光强度。氟源含量的增加会使颗粒沿(001)面生长,发光强度也增大。而随着掺杂Y3+含量的增加,颗粒尺寸增大,发光强度呈现先下降后升高的趋势。     

疏水基团修饰的核-壳型NaYF_4/NaLuF_4∶Yb~(3+),Tm~(3+)纳米粒子设计制备

通过异质核诱导,利用溶剂热法在较低温度下合成了具有疏水表面的上转换发光稀土核-壳Na YF4/Na Lu F4∶20%Yb,1%Tm纳米粒子,并利用X射线衍射仪、透射电子显微镜、傅里叶变换红外吸收光谱仪以及荧光光谱仪等测试设备对其进行了结构、形貌和上转换光谱的表征。测试结果表明,纳米粒子核为立方相,壳层为六角相。核-壳型纳米粒子的尺寸平均在20 nm以下,分布较为均匀。在980 nm近红外光激发下,核-壳型纳米粒子发射出较强的紫色和紫外荧光,且发光强度明显高于同尺寸立方相Na Lu F4∶20%Yb,1%Tm纳米粒子。这表明利用异质核诱导的方法制备的核-壳型纳米粒子在生物医学领域具有更高的应用价值。     

KLa(MoO_4)_2∶Yb~(3+),Ho~(3+),Tm~(3+)白光荧光粉的制备及性能研究

采用水热法成功制备了Yb~(3+),Ho~(3+),Tm~(3+)三掺的多晶KLa(Mo O4)2荧光粉。在980 nm激光激发下,KLa(MoO_4)_2∶Yb~(3+),Ho~(3+),Tm~(3+)发出裸眼可见的明亮白光,这其中包括Tm~(3+)离子发出的蓝光(~475 nm)、Ho~(3+)离子发出的绿光(~540 nm)和红光(~651 nm)。根据色度坐标系计算得出的坐标点可以看出,随着Ho~(3+)/Tm~(3+)掺杂浓度之比的增加,KLa(Mo O_4)_2∶Yb~(3+),Ho~(3+),Tm~(3+)所发出的白光呈现从冷白光到暖白光的变化。最后详细讨论了KLa(Mo O_4)_2∶Yb~(3+),Ho~(3+),Tm~(3+)荧光粉可能的发光机制。     

基于KMnF_3∶Yb~(3+),Er~(3+)纳米晶的红光聚合物平面光波导放大器

制作了基于KMnF_3∶Yb~(3+),Er~(3+)纳米晶材料的工作波长655 nm的聚合物平面光波导放大器。材料的吸收光谱表明,KMnF_3∶Yb~(3+),Er~(3+)纳米晶在980 nm附近有很强的吸收。在980 nm激光的激发下,由于Er~(3+)和Mn2+能级之间的能量传递,KMnF_3∶Yb~(3+),Er~(3+)纳米晶产生了很强的红色上转换发光。根据KMnF_3∶Yb~(3+),Er~(3+)纳米粒子的发光特性,制备了KMnF_3∶Yb~(3+),Er~(3+)NCs-PMMA复合材料,用其作为芯层设计了掩埋形结构光波导放大器,利用传统的半导体工艺完成器件制备。器件测试结果表明,当655 nm信号光功率为0.1 m W、980 nm泵浦功率为260 m W时,器件获得了2.7 d B的相对增益。     

Yb~(3+)/Tm~(3+)掺杂BaMoO_4上转换发光晶体的热稳定性能

采用水热法制备了BaMoO_4∶Yb~(3+)/Tm~(3+)纳米晶体。通过改变样品的合成温度及测试温度研究材料的热稳定性能和发光性能。结果显示,当C_(Yb~(3+))=6%、C_(Tm~(3+))=1.5%时,经过743 K高温再结晶的样品晶粒尺寸变大,发光性能及热稳定性能明显提升。对形貌和结构分析发现样品具有标准的四方晶格结构及较高的结晶度。上转换发射光谱及荧光衰减曲线的测定结果说明样品热稳定性能优异。量子产率达到1.5%,发射光颜色均匀。证明了BaMoO_4∶Yb~(3+)/Tm~(3+)纳米晶体实际应用价值高,热稳定性能及发光性能好。     

YVO_4∶Tm~(3+)的真空紫外发光性能(英文)

通过高温固相反应合成YVO4∶xTm(x=0.001,0.003,0.005,0.007,0.01,0.03,0.05)蓝色系列粉末状发光材料。经X射线衍射分析产物为单相,属四方锆英石结构,其结果与JCPDS标准卡(72-0861)相符。检测了材料的真空紫外激发光谱和发射光谱。YVO4∶xTm的真空紫外激发光谱在120~350 nm范围内为连续的带状峰,在155 nm和333 nm附近有明显的峰值。在155 nm激发下,YVO4∶xTm的发射光谱由两部分组成,其中主发射峰在474 nm附近呈一尖锐的线状,来自Tm3+的1G4→3H6跃迁;在650 nm左右有一弱发射峰,来自Tm3+的1G4→3H4跃迁。另外,还有一较弱的带状发射,中心位于540 nm左右,来自样品的VO3-4离子的宽带发射。随着Tm3+摩尔分数x由0.001增加到0.005,Tm3+发射光谱强度逐渐增加到最大值。之后随着x继续增加,发射光谱强度逐渐下降,呈现明显的浓度猝灭现象。通过对YVO4∶xTm的光谱分析及其发光机理进行推导,认为YVO4∶Tm3+在紫外及真空紫外激发下,是一种具有较高发光效率以及色纯度较好的蓝色发光材料。     

Gd~(3+),Tm~(3+)和Yb~(3+)掺杂的Y_2O_3微晶中Gd~(3+)离子的紫外上转换发光及其增强的研究

采用均相沉淀法制备了Y(OH)3微米颗粒,经1 100℃焙烧后制备出具有上转换发光性质的Yb3+-Tm3+-Gd3+共掺的Y2O3微米晶体,讨论了Yb3+-Tm3+-Gd3+在Y2O3中能量传递过程及壳层对发光强度的影响。980 nm近红外光激发下的上转换光谱表明,在Yb3+-Tm3+-Gd3+共掺Y2O3体系中,核-壳结构大幅提高了Gd3+离子和Tm3+离子的上转换发光强度,尤其是样品在紫外发光部分的增强相比于可见和红外光部分更为明显。同时,通过研究Tm3+和Gd3+在不同波段的发光强度与泵浦功率的关系探讨了氧化物中上转换发光的机制。     

Sr_3Al_2O_6∶Tb~(3+),Yb~(3+)荧光粉的近红外量子剪裁效应

硅材料带隙与太阳光子光谱的失配导致了比较严重的光子损失,大大降低了硅太阳能电池的效率。为了减少入射光子的损失,可以利用具有近红外量子剪裁效应的光谱转换材料来提高硅太阳能电池的效率。本研究采用溶胶凝胶法制备了Sr_3Al_2O_6∶Tb~(3+),Yb~(3+)荧光粉,并研究了其近红外量子剪裁效应。实验结果表明:在320 nm的紫外光激发下,Sr_3Al_2O_6∶Tb~(3+),Yb~(3+)荧光粉发射出Tb~(3+):5D4→~7F_j的可见光;另外,由于Tb~(3+)、Yb~(3+)离子之间的合作能量传递,得到了Yb~(3+):~7F_(5/2)→7F7/2的近红外发光。荧光寿命衰减证明Tb~(3+)到Yb~(3+)之间的确存在合作能量传递,而且存在量子剪裁效应,其中,能量传递效率为35.9%,量子剪裁效率为135.9%。由于Yb~(3+)的发射光谱与硅太阳能电池的吸收匹配,Sr_3Al_2O_6∶Tb~(3+),Yb~(3+)荧光粉有可能作为潜在的光谱转换材料应用于硅太阳能电池以提高其光电转换效率。     

Cu~(2+)离子共掺杂的β-NaYF_4∶Yb~(3+),Er~(3+)晶体的制备与上转换发光性能的提高

采用水热法制备Cu~(2+)离子共掺杂的β-NaYF_4∶20%Yb~(3+),2%Er~(3+)上转换晶体。通过X射线衍射(XRD)及透射电子显微镜(TEM)数据分析,Cu~(2+)离子的掺杂不影响样品的晶相与形貌。通过荧光光谱观察到,随着Cu~(2+)离子的掺杂摩尔分数从0增加到40%,紫外到可见的上转换发光强度先增大再减小。在掺杂5%Cu~(2+)离子时,β-NaYF_4∶20%Yb~(3+),2%Er~(3+)晶体呈现出最大的上转换发光强度。这是因为低价态的Cu~(2+)离子掺杂导致F-空位的产生,降低了Er~(3+)离子周围晶体场的对称性,从而有利于上转换发光的增强。     

飞秒激光烧蚀合成Y_2O_3∶Pr~(3+),Yb~(3+)上转换发光材料

利用飞秒激光烧蚀方法合成了Y2O3∶Pr3+,Yb3+纳米颗粒并对其上转换发光性质进行了研究。对合成产物的形貌分析显示,在一定的激光烧蚀功率密度下,即可制备出小尺寸的纳米颗粒,提高激光功率密度可以得到更高的纳米颗粒产量,所获得的纳米颗粒尺寸小于50 nm。荧光测试结果表明,Y2O3∶Pr3+,Yb3+纳米颗粒具有510 nm为中心的上转换发光带,上转换发光随纳米颗粒数量的增加而增强。     

掺杂壳层对增强NaYF_4∶Ce~(3+),Tb~(3+)体系发光的影响

构建了NaYF_4∶Ce~(3+),Tb~(3+)/NaYF_4∶x%Ce~(3+)核/活性壳结构,系统地研究了能量激发、吸收、迁移和发射的每一个过程,揭示了活性壳对增强发光所起的作用。研究表明,活性壳增强发光的本质是增加了激发光的吸收效率。而对于量子产率而言,计算得到裸核的荧光量子效率为21.5%,核/惰性壳结构的荧光量子效率为59.8%,核/活性壳结构的荧光量子效率为53.2%。结果表明,与核/惰性壳结构相比,核/活性壳结构的发光量子产率并没有得到提高,甚至还有所降低。