构建NaYF_(4):Yb^(3+)/Ho^(3+)/Ce^(3+)@NaYF_(4):Yb^(3+)/Nd^(3+)纳米核壳结构增强Ho^(3+)离子的上转换红光发射

三阶Ho^(3+)离子的红光发射位于生物组织的“光学窗口”中,在生物医学领域具有巨大应用前景,增强其红光发射已成为大家关注热点.为此,本文借助外延生长技术构建NaYF4:Yb^(3+)/Ho^(3+)/Ce^(3+)@NaYF4纳米核壳结构,并在其外壳中引入不同浓度的敏化离子Yb^(3+)和Nd^(3+)离子,以构建新的能量传递通道,实现Ho^(3+)离子的上转换红光发射增强.实验结果表明:在近红外光980 nm及800 nm激发下,NaYF4:Yb^(3+)/Ho^(3+)/Ce^(3+)@NaYF4:Yb^(3+)和NaYF4:Yb^(3+)/Ho^(3+)/Ce^(3+)@NaYF4:Yb^(3+)/Nd^(3+)核壳纳米结构均可实现Ho^(3+)离子的红光发射增强,最高可增强6.1倍,主要是由于外壳中的敏化离子可传递更多的激发能给Ho^(3+)离子.同时,研究发现在双波长(980 nm+800 nm)共激发下,NaYF4:20%Yb^(3+)/2%Ho^(3+)/12%Ce^(3+)@NaYF4:15%Yb^(3+)/20%Nd^(3+)核壳纳米晶体的红光发射强度明显高于两个单一波长激发下的红光发射强度及其之和,其原因是由双波长共激发的协同效应所致.由此可见,通过引入不同敏化离子构建多模式激发的稀土掺杂纳米核壳结构,不仅可实现上转换红光发射的增强及激发的有效调控,且可为进一步拓展该类材料在生物医学、防伪编码、多色显示等领域中的应用提供新思路.

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.

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。