构建核壳结构增强Ho3+离子在镥基纳米晶中的红光上转换发射

本文主要以具有六方相结构的NaLuF4:Yb3+/Ho3+/Ce3+纳米晶体为核,采用外延生长法构建具有同质结构的NaLuF4:Yb3+/Ho3+/Ce3+@NaLuF4:Yb3+核壳纳米晶体.借助X-射线衍射仪及透射电子显微镜对样品的晶体结构、形貌及尺寸进行表征.在近红外光980nm激光激发下,通过构建核壳结构及有效调控外壳中敏化离子Yb3+离子的掺杂浓度,实现Ho3+离子在NaLuF4纳米晶体中的红光发射增强.实验结果表明:在相同的激发条件下,具有核壳结构的NaLuF4:Yb3+/Ho3+/Ce3+@NaLuF4:Yb3+纳米晶体的红光发射均得到了增强,同时,当外壳中Yb3+离子的掺杂浓度为10.0%时,其上转换红光发射强度最强,为NaLuF4:Yb3+/Ho3+/Ce3+晶体核红光发射强度的5.8倍.根据其光谱特性及发光动力学过程,讨论了同质壳及壳中敏化离子掺杂浓度变化对其发光特性的影响规律.这种具有较强红光发射的核壳结构纳米晶体在生物医学、防伪编码、多色显示等领域具有较大的应用前景.

Ho^(3+)离子掺杂单颗粒氟化物微米核壳结构的上转换发光特性

构建核壳结构可有效降低材料的表面缺陷及实现掺杂离子的可控区域分布,已成为目前增强及调控材料发光特性的有效手段之一.为此,本文以外延生长技术,构建了一系列NaLnF_(4)(Ln=Y,Yb,Ho)@NaLnF_(4)(Ln=Y,Yb)核壳微米结构,并实现了Ho^(3+)离子上转换发光的增强及可控调节.借助共聚焦显微光谱测试系统,在980 nm近红外激光激发下,研究Ho^(3+)离子在不同单颗粒核壳结构中的上转换发光特性.结果表明,当包覆NaYF_(4)惰性壳时,NaYF_(4):Yb^(3+)/Ho^(3+)及NaYbF_(4):Ho^(3+)微米棒的上转换发射强度均得到了明显增强,而NaHoF_(4)@NaYF_(4)微米核壳结构的发射强度却没有发生明显的变化.当在其NaYF_(4)惰性壳中引入Yb^(3+)离子时,NaYF_(4):Yb^(3+)/Ho^(3+),NaYbF_(4):Ho^(3+)及NaHoF_(4)微米核壳结构的发射强度及红绿比均再次得到了明显增强.基于对其光谱特性及动力学过程的研究,其发射增强主要由于壳层中的Yb^(3+)离子通过能量迁移及传递过程有效地提高Ho^(3+)离子激发,进而在双向协同的作用下实现其发光有效增强及色彩调控.由此可见,对于微米晶体而言,构建其不同的核壳结构不仅可实现其发光有效增强,且可根据掺杂离子的不同及其区域分布实现光谱的精准调控,为拓展高效发光特性的微米晶体在防伪、微纳光电器件等领域的应用提供新途径.

构建垂直金纳米棒阵列增强NaYF4:Yb^3+/Er^3+纳米晶体的上转换发光

以金纳米棒垂直阵列(gold-nanorods vertical array,GVA)为衬底,SiO2为隔离层,构建GVA@SiO2@NaYF4:Yb^3+/Er^3+纳米复合结构.在近红外980 nm激发下,通过改变中间隔离层SiO2的厚度,研究GVA对NaYF4:Yb^3+/Er^3+纳米晶体上转换发光的调控规律.实验结果表明,当SiO2层的厚度增大至8 nm时,Er^3+离子整体的上转换发射强度增大近8.8倍,且红光强度增强尤为明显,约为16.2倍.为了进一步证实GVA对Er^3+离子红光发射的增强效果,以红光发射为主的NaYF4:40%Yb^3+/2%Er^3+纳米晶体为对象展开研究,发现Er^3+离子红绿比由1.84增加到2.08,证实该复合结构更有利于提高红光的发射强度.通过对其光谱特性、发光动力学过程的研究并结合其理论模拟,证实了上转换发光的增强是由激发与发射增强共同作用,而激发增强占据主导地位.采用该套复合体结构实现上转换荧光发射的增强,不仅有效地利用了贵金属的等离激元共振特性,而且对深入理解等离激元增强上转换发光的物理机理提供理论依据.

改变激发环境调控Ho3+离子的上转换发光特性

稀土掺杂上转换发光材料的发光特性不仅依赖于基质材料本身,而且与其激发条件密切相关.本文主要是以Ho^3+离子为研究对象,在NaYF4和LiYF4这两种不同的基质中,研究其在不同激发条件下的上转换发光特性.通过共聚焦显微光谱测试系统,对比Ho^3+离子在NaYF4和LiYF4微米晶体中的发光特性.实验结果发现:Ho^3+离子在这两种不同基质中均展现出较强的荧光发射.然而,当激发功率增加时,在单颗粒个LiYF4微米晶体中,当激发功率增加时,Ho^3+离子则发射出较强绿光及微弱的红光,红绿比变化并不明显,其蓝光发射强度也相对较弱.当激发这两种微米粉末晶体时,结果发现:Ho^3+离子均发射较强的绿光发射并伴有微弱红光发射,两种晶体中的发射特性极其相似.由此可见,在常规测试条件下,一些特殊发光现象是很难被观测到的.同时,通过对其光谱特性的分析,对Ho^3+离子的发光机理进行了研究.

稀土掺杂NaYF_(4)核壳微米晶体的上转换发射特性

采用水热合成法,以外延生长技术制备了一系列Er^(3+)和Ho^(3+)离子掺杂的NaYF_(4)微米核壳晶体,并借助SEM及XRD对其微米核壳晶体的结构及形貌进行了表征。在近红外光980 nm激发下,以共聚焦显微光谱装置,对单颗粒NaYF_(4):Yb^(3+)/Er^(3+)及NaYF_(4):Yb^(3+)/Ho^(3+)核壳微米棒的上转换发射特性进行研究。实验结果表明:当包覆NaYF_(4)惰性壳时,其核壳生长方向沿纵轴,且其上转换发射强度明显增强,主要原因是NaYF_(4)惰性壳可有效抑制微米颗粒的表面猝灭效应,即有效地降低无辐射跃迁概率。然而,当其包覆NaYbF_(4)活性壳时,微米核壳沿横轴方向生长,且其上转换发射强度也增强,但与NaYF_(4)包覆惰性壳相比,其增强效果较差。同时研究发现,包覆不同核壳结构,Er^(3+)和Ho^(3+)离子上转换发射的红绿比不同,当包覆NaYbF_(4)活性壳时,Er^(3+)离子的红绿比明显增加,而Ho^(3+)离子的红绿比则明显降低。构建不同核壳结构不仅增强微米晶的发光,且可实现发射的有效调控。