棒状结构NaGdF_(4):Yb^(3+),Er^(3+)上转换发光性能的研究

以乙二胺四乙酸二钠(EDTD-2Na)为螯合剂,采用水热法合成了棒状结构的NaGdF_(4):Yb^(3+),Er^(3+)纳米粉末。分别借助X射线衍射(XRD)、荧光光谱仪(PL)和扫描显微镜(SEM)对其晶体结构、发光强度和表面形貌进行分析和表征。探究了稀土前驱体、水热温度和水热时间的实验条件对NaGdF_(4):Yb^(3+),Er^(3+)纳米粉末上转换发光强度的影响;研究了氟源和钠源对NaGdF_(4):Yb^(3+),Er^(3+)晶体形貌和上转换发光强度的改善;同时,采用煅烧处理的方法,进一步探究样品的形貌和发光强度收到的影响。实验结果表明NH4F与NaOH作为氟源和钠源及200℃煅烧1 h得到的棒状结构NaGdF_(4):Yb^(3+),Er^(3+)的发光强度最好,色坐标(CIE)绿色发光强度从84%提升到94.88%。

β-NaYF_4:Yb^(3+),Er^(3+)上转换发光材料的可控合成及其发光性能

采用水热法合成多种形貌和尺寸的NaYF4:Yb3+,Er3+上转换发光材料,探讨螯合剂、敏化剂、激活剂、氟化铵用量及水热时间对目标产物发光性能的影响规律,并通过正交实验优化Yb3+、Er3+共掺杂NaYF4上转换发光纳米材料的合成条件。采用XRD、SEM和荧光光谱对目标产物进行对比分析。结果表明:目标产物为β-NaYF4,在980 nm红外光的激发下,发出明亮的绿光,最强发射峰在542 nm。可通过改变螯合剂的种类来控制生成不同尺寸(纳米级或微米级)和形貌(管状、球形或六棱柱形)的目标产物。所制备的NaYF4:Yb3+/Er3+上转换发光材料分散性好、荧光强度高,在生物探针及生物成像等领域具有潜在的应用价值。

α-NaYF_4:Yb,Er/SBA-15主客体复合材料的制备及其上转换性能的研究

本文以介孔二氧化硅材料SBA-15为硬模板,通过纳米浇铸法与水热法,制备介孔二氧化硅与α-NaYF4:Yb,Er的主客体功能复合材料α-NaYF4:Yb,Er/SBA-15。利用广角X射线衍射(Wide angle XRD),扫描电子显微镜(SEM),并结合小角X射线衍射(Small angle XRD),N2吸附(N2adsorption measurement)等手段,证实α-NaYF4:Yb,Er有效地负载到介孔SBA-15的孔道内部,较好保持了其介观结构。上转换性能测试表明,在980 nm激光的激发下,该材料的绿光发光强度大幅度提高。在文中,我们对该现象进行了分析,并提出其可能的机理。

β-NaYF_4:Yb,Er复合丝素荧光薄膜的制备与表征

采用高温热分解法合成β-NaYF_4:Yb,Er纳米晶体,然后将丝素薄膜作为柔性基底材料与β-NaYF_4:Yb,Er复合制备了一种丝素基荧光薄膜。使用透射电镜(TEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)、X-射线衍射仪(XRD)、傅立叶红外光谱仪(FT-IR)、紫外可见分光光度计、荧光光谱仪对β-NaYF_4:Yb,Er和丝素基荧光薄膜进行表征。结果表明:β-NaYF_4:Yb,Er纳米晶体平均粒径35 nm,分散性良好,六方相,表面包覆油酸。β-NaYF_4:Yb,Er纳米晶体质量浓度对丝素基荧光薄膜的透光率有重要影响,随β-NaYF_4:Yb,Er质量浓度的提高,丝素基荧光薄膜的透光率不断减小。丝素基荧光薄膜在980 nm激光器激发下荧光光谱图中有3个发射峰,分别对应于Er3+离子~2H_(11/2)→~4I_(15/2)(520 nm)、~4S_(3/2)→~4I_(15/2)(540 nm)、~4F_(9/2)→~4I_(15/2)(660 nm)能级跃迁,其主要的发光机制是能量传递上转换。

准连续c切Er,Yb:YAl_(3)(BO_(3))_(4)激光器的偏振操控

通过构建谐振腔模型,分析了各向同性固体激光器中两个本征模式相干叠加后的光斑奇异特征。并且实验验证了在不使用任何特定的腔内光学偏振选择元件的情况下,在二极管泵浦的准连续c切Er,Yb:YAl_(3)(BO_(3))_(4)激光器中可以有效操控1.6μm输出激光的偏振态。实现了从部分偏振态转化成稳定的线偏振态,其线偏振方向为可切换的正交特殊情况,均具有21 dB的偏振消光比。同时通过光斑对比,验证了激光器的线偏振输出来源于两个正交本征模式的相干叠加。文中为c切Er,Yb:YAl_(3)(BO_(3))_(4)激光器线偏振光的直接输出与偏振态的调控提供了可靠的方案。

基于稀土掺杂上转换纳米材料NaYF_(4):Yb,Er@TGA直接对金属离子进行定量分析的方法探究

目的:基于荧光猝灭或增强机制,构建稀土掺杂上转换纳米材料NaYF_(4):Yb,Er@TGA直接对金属离子进行定量分析的方法,实现对金属离子快速、准确、灵敏检测。方法:通过溶剂热法制备出性能优良的稀土掺杂上转换纳米材料NaYF_(4):Yb,Er@TGA,并对其进行表征;通过测量14种常见的金属离子对NaYF_(4):Yb,Er@TGA荧光强度的影响,筛选能够引起NaYF_(4):Yb,Er@TGA荧光强度增强或下降,且与金属离子浓度呈线性关系的金属离子类型,进而建立检测新方法。结果:金属离子Mg^(2+)、Fe^(3+)分别在浓度范围为0~7.00μg/mL、0~6.00μg/mL与NaYF_(4):Yb,Er@TGA的荧光强度呈现良好的线性关系,其标准曲线方程的线性系数分别为0.9924、0.9982,检出限分别为1.79μg/mL、1.30μg/mL,加标回收率分别为95.5%~98.8%、92.5%~97.8%,方法相对标准偏差分别为4.05%、8.18%。结论:该方法检测限低、准确度较高、精密度较好,有望用于实际样品中Mg^(2+)、Fe^(3+)定量分析。

不同激发波长下NaLaF_(4):Er^(3+)/Yb^(3+)的上转换光谱调控研究

为探究不同激发波长(980 nm、1 550 nm)对NaLaF_(4):Er^(3+)/Yb^(3+)上转换发光材料光谱调控的规律和机理,采用水热-固相两步反应法合成一系列不同Er^(3+)/Yb^(3+)掺杂浓度的NaLaF_(4)荧光粉。利用X射线衍射仪(XRD)、荧光分光光度计对材料进行测试,分析其发光性能与机理。结果表明,样品在980 nm激发下呈绿色发光,上转换发光强度随Er^(3+)/Yb^(3+)掺杂浓度增加而呈现先增后减的规律,该发光过程为双光子过程;而在1 550 nm激发下呈红色发光,上转换发光强度随Er^(3+)掺杂浓度增加而呈增强趋势,但随Yb^(3+)浓度增加而降低,发光过程为三光子过程。因此,通过调节激发光波长,在同组分NaLaF_(4):Er^(3+)/Yb^(3+)荧光粉中实现颜色可控的绿、红色发光,对设计新型光谱调控手段和探索新的发光材料具有一定的理论指导意义。

Phase transformation and morphology tuning of β-NaYF_4:Yb^(3+),Er^(3+) nanocrystals through K^+ ions codoping

In this work, a simple method to modulate the crystal phase and morphology with a large amount of K＋ions codoping is proposed. The phase changes to the mixture of β-Na YF4 and β-KYF4 with increasing the content of K^＋ions to 80 mol%.When it exceeds 80 mol%, β-Na YF4 disappears gradually and β-KYF4 dominates with a poor crystalline. In addition, the morphology changes from nanosphere to nanoplate, and then to nanoprism, which indicates that a higher content of K^＋ions favors the growth rates along [0001] than the [10-10] of the nanocrystals. Additionally, the upconversion（UC） luminescence properties and the ratio of red/green（R/G） UC intensity of samples with different phases and morphologies are detected,which makes it possible to tune the UC fluorescence by varying the concentration of K^＋ions.

SiO_2包覆α-NaYF_4∶Yb,Er纳米粒子的合成及其表征

研究α-NaYF4∶Yb,Er上转换纳米粒子的W/O微乳液溶剂热制备,并用正硅酸乙酯为SiO2前驱体对NaYF4∶Yb,Er上转换纳米粒子进行SiO2包覆,分析SiO2包覆对Er3+发光增强作用来自于两方面。包覆弥补上转换纳米粒子表面的发光粹灭中心,提高上转换发光强度。同时由于Si—O—Si的对称振动能量1 106 cm-1与4F7/2能级到2H11/2能级弛豫能量1 177cm-1相当,(CH2)n的红外振动模能量为743 cm-1与2H11/2能级到4S3/2弛豫能量780 cm-1相当,4F7/2能级到4F9/2弛豫能量为5 023 cm-1,4I11/2能级到4I13/2弛豫能量接近4 500 cm-1,与Si—O—Si的对称伸缩振动能量1 106 cm-1不匹配,所以SiO2包覆能有效的增加表面发光中心2H11/2,4S3/2能级布居数,而使得产生红光发射的能级4F9/2能级布居数不变。

β-NaYF_4:Yb,Er上转换发光纳米晶的制备及表面性能

利用热分解法制备出β-NaYF4:20 mol%Yb,2 mol%Er上转换发光纳米晶,并采用两种方法对产物进行后处理。分别用X-射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、荧光光谱(FL)、傅立叶红外光谱仪(FT-IR)对产物的结构、形貌、发光性质及表面性能进行了表征。结果表明,制备的NaYF4:20 mol%Yb,2 mol%Er纳米晶为六方相,粒径分布均匀为25 nm左右,在980 nm红外光激发下,呈现强的上转换发光。两种后处理方法对纳米晶的上转换发光强度及表面性能均产生了影响,但其形貌及晶相无变化。

NaGd(MoO_(4))_(2)∶Er^(3+),Yb^(3+)发光粉的合成与上转换发光性质

采用水热法合成了系列NaGd(MoO_(4))_(2)∶Er^(3+),Yb^(3+)上转换发光粉。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和上转换发光光谱仪等对样品的结构、形貌和发光性能进行表征。结果显示,合成的样品均具有四方晶系NaGd(MoO_(4))_(2)结构;pH对样品的形貌有影响;980nm红外光激发下,NaGd(MoO_(4))_(2)∶Er^(3+),Yb^(3+)上转换发光粉显示来自于Er^(3+)的^(2)H_(11/2)→^(4)I_(15)和^(4)S_(3/2)→^(4)I_(15/2)跃迁产生的绿光发射和4I 9/2→4I 15/2跃迁产生的红光发射。比较各样品的发光强度和绿光/红光相对积分强度比,结果显示上转换发光强度和绿光/红光相对积分强度比与晶粒尺寸、晶粒表面形貌,以及Er^(3+)和Yb^(3+)掺杂浓度有关。讨论了可能的上转换发光过程,并计算了样品的色坐标。

动态缺陷导致Na_(3)Sc_(2)(PO_(4))_(3):Yb^(3+),Er^(3+)材料上转换和下转移发光不同热猝灭行为研究

掺Eu^(2+)的离子导体Na_(3)Sc_(2)(PO_(4))_(3)具有优异的抗热猝灭性能,是一种很有前景的大功率照明用发光材料。然而,其负热猝灭机理仍有待深入研究。本文以Yb^(3+)/Er^(3+)的f-f跃迁上转换和下转移窄带发射而非更易受干扰的Eu^(2+)d-f跃迁发射为研究对象,旨在获得更清晰的机理。结果表明,热致缺陷/离子的动态迁移能促进高温下辐射跃迁和抑制非辐射跃迁,导致上转换发光具有显著的负热猝灭,下转移发光热猝灭较小。其中,布居速率较慢的上转换过程更容易受到时间尺度与之相当的Na^(+)/空位迁移过程的影响。本研究可为理解发光材料热猝灭机制提供另一种视角。

银纳米立方颗粒表面等离子激元增强β-NaYF_4∶Er^(3+),Yb^(3+)上转换的研究

分别采用化学还原法和共沉淀法合成银纳米立方颗粒和β-Na YF4∶Er^(3+),Yb^(3+)上转换纳米发光材料。银纳米立方颗粒的表面等离子共振吸收宽带位于370~750 nm。在油酸溶液体系中,实现了银纳米立方颗粒对上转换纳米材料荧光的表面等离子激元增强,研究了银纳米立方颗粒的掺杂浓度对上转换红光和绿光发射的影响。当银纳米立方颗粒掺杂浓度为2.0%时,对β-Na YF4∶Er^(3+),Yb^(3+)上转换发光增强达到最大。红光和绿光上转换发射对应的最大增强因子分别为1.97和1.79。

α-NaYF_4:Yb,Er纳米粒子的水热合成及表征

用W/O微乳液水热制备Yb,Er掺杂α-NaYF_4上转换纳米粒子,并对合成的产物α-NaYF_4:Yb,Er纳米粒子进行了X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外(FTIR)、上转换发光表征. XRD分析表明产物晶格常数a0为5.423?,SEM、FTIR分析证明粒子表面覆盖着一层CTAB.通过研究上转换发光证实了α-NaYF_4:Yb,Er纳米粒子中Er离子的电子跃迁从~2H_(11/2),~4S_(3/2)——~4I_(15/2)和~4F_(9/2)——~4I_(15/2)均为三光子过程.

NaYF_4∶Yb,Er纳米粒子作为过氧化物模拟酶用于尿酸检测

聚丙烯酸修饰的NaYF4∶Yb,Er纳米粒子能够有效地催化H2O2氧化3,3',5,5'-四甲基联苯胺(TMB)产生显色反应,表现出良好的过氧化物模拟酶催化活性。本研究以TMB为模型底物,研究了催化条件(温度和pH值)对催化活性的影响。同时,结合尿酸在尿酸氧化酶作用下产生H2O2的原理,建立了比色法测定血样中尿酸含量的简便方法。在最优条件下,本方法的检测范围为1.0×10"5～2.0×10"4mol/L,检出限为5.3×10"6mol/L,并对实际样品进行测定,测定结果与临床结果一致。

ZnWO_4∶Er^(3+),Yb^(3+)纳米棒的制备及发光性能

采用水热法以聚乙二醇为分散剂合成了Er3+,Yb3+共掺的ZnWO4纳米棒。X射线衍射、透射电子显微镜分析结果表明:所得产物为直径约20nm的ZnWO4纳米棒。在激发波长为980nm的半导体激光器做光源激发下,确定样品的3个发射峰的发光中心位于532、553和656nm,分别对应于铒离子2H11/2→4I15/2,4S3/2→4I15/2和4F9/2→4I15/2的跃迁。

Na^+掺杂对LiYF_4∶Er^(3+)/Yb^(3+)上转换发光性能的影响

上转换发光材料由于低的发光效率,限制了其在太阳电池中的实际应用。为解决此问题,采用溶剂热法制备了LiYF4∶Er3+/Yb3+上转换发光颗粒,在LiYF4基质中引入Na+来打破Er3+周围晶体场的对称性,增强其发光性能。研究了Na+掺杂对LiYF4∶Er3+/Yb3+的结构、形貌及其发光的影响。结果表明:掺杂的Na+可以裁剪Er3+周围的晶体场,当Na+摩尔分数为15%时,得到了较大的发光增强,绿光和红光发射分别获得4.2倍和2.9倍的增强。Er3+周围晶体场对称性的降低和材料中OH基团的减少是其发光增强的主要原因。

水溶性NaYF_4∶Yb,Er纳米颗粒的溶剂热合成及其上转换发光性能

稀土上转换发光纳米材料具有极好的生物应用前景,但其应用的前提是能制备出水溶性、发光效率高的稀土纳米材料。以乙二醇为溶剂、稀土氯化物和NaF为反应物,采用简易的溶剂热法一步制备出水溶性的NaYF4∶Yb,Er纳米颗粒。NaYF4∶Yb,Er样品以粒径为25～40nm的球形颗粒为主,同时含有少量直径为25～40nm、长度为50～100nm的虫状纳米颗粒。该样品具有立方相结构,样品表面上的乙二醇配体使其能够很好地分散于水中。在980nm激光器激发下,NaYF4∶Yb,Er纳米颗粒水溶液展现了强的黄绿色上转换发光。因此该样品拥有良好的生物应用潜力。

纳米Ag颗粒掺杂方式对NaYF_4∶Yb^(3+)/Er^(3+)上转换发光材料发光性能的影响

利用水热法制备了Yb3+,Er3+共掺杂NaYF4上转换发光材料。在实验中引入Ag纳米溶胶,研究了Ag纳米颗粒对NaYF4∶Yb3+/Er3+上转换发光材料结构、形貌和光学性质的影响。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)以及荧光光谱仪对样品的结构、形貌和光学性能进行了研究。结果表明,生成NaYF4∶Yb3+/Er3+反应前加入Ag纳米颗粒可使NaYF4∶Yb3+/Er3+粉末的衍射峰强度增强;生成NaYF4∶Yb3+/Er3+反应后加入Ag纳米颗粒会使六方相样品部分转变成立方相。生成NaYF4∶Yb3+/Er3+发光材料前引入Ag纳米溶胶可以大大提升晶体的结晶质量;生成NaYF4∶Yb3+/Er3+发光材料后引入Ag纳米溶胶,原有六棱柱直径变小,产物有新的球状晶体生成。生成NaYF4∶Yb3+/Er3+反应前加入Ag纳米颗粒,可使NaYF4∶Yb3+/Er3+上转换材料的发光强度显著增强,与未掺杂Ag纳米颗粒相比发光强度增加约36%。

Yb^(3+)/Er^(3+)共掺BaGd_2O_4荧光粉的制备及其上转换发光性质

采用溶胶-凝胶法制备了Yb3+/Er3+共掺杂BaGd2O4上转换荧光粉。研究了退火温度对BaGd2O4晶体结构的影响,以及Yb3+/Er3+共掺杂的BaGd2O4荧光粉在971 nm LED激发下,激发密度与上转换发射光功率及效率的关系。研究结果表明,尽管BaGd2O4与目前报道效率最高的Yb3+/Er3+共掺杂BaGd2ZnO5基质的最高声子能量相同,但光-光转换效率却相差82倍,极值量子效率相差7.8倍。结论认为,在声子能量不是很高的情况下,材料结构是影响上转换效率的主要因素。