水热法合成纳米晶NaYF4：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。

基于NaYF_4∶Yb^(3+),Er^(3+)上转换发光纳米晶的复合微球组装及其光动力活性

采用微乳液法,以NaYF4∶Yb3+,Er3+纳米晶为发光基元,肽菁锌(Zn Pc)光敏分子与十八碳烯-马来酸酐共聚物(PMAO)为功能分子,一步组装获得了NaYF4-Zn Pc-PMAO复合微球,此微球同时具备成像与光动力活性功能,NaYF4可作为低生物背景的荧光成像剂,同时其上转换发光可以敏化Zn Pc用于光动力活性研究,PMAO分子经过简单的水解反应即可实现表面羧基功能化。TEM,Zeta电位与PL测试证实了微球的结构与性能。利用荧光共聚焦成像技术实现了对Hela细胞的发光成像;进一步通过单线态氧监测及980 nm光照下的MTT法细胞活性测试表明微球具有光动力活性功能。

高温溶剂热分解法合成NaYF4∶Yb^3+,Er^3+纳米粒子及其光谱特性

以稀土氯化物为反应前驱体,采用高温溶剂法合成单分散、形貌和尺寸均一的NaYF4∶20%Yb^3+,2%Er^3+上转换发光纳米粒子。探讨了反应时间、温度以及油酸加入量对产物结构和光学性能的影响。通过XRD、SEM、EDS、XPS及光致发光等对产物性能进行表征。结果表明,样品与标准卡片匹配良好,为纯相,属六方晶系;所合成的纳米粒子形貌为六角盘状,对角线长度约为77 nm,厚度约为54 nm;在980 nm激光激发下,所合成纳米粒子在523 nm和542 nm左右的绿光区以及峰值位于656 nm左右的红光区均可观察到Er^3+的特征发射峰,分别归属于2H11/2、4S3/2及4F9/2能级到4I15/2能级之间的跃迁,不论是红光还是绿光吸收均为双光子过程。

高浓度敏化剂掺杂的NaYF_4∶Yb^(3+),Er^(3+)纳米材料的合成及发光性能研究

为了探究泵浦功率对不同浓度敏化剂离子掺杂的上转换材料发光特性的影响,采用溶剂热法,成功制备了不同浓度敏化剂Yb^(3+)掺杂的NaYF_4∶Yb^(3+), Er^(3+)上转换纳米颗粒。首先对这种纳米晶体的结构和形貌进行了详细的分析,使用X射线粉末衍射仪和透射电子显微镜测试了制备的纳米晶体的结构和形貌。表征结果证明了制备的纳米颗粒均为结晶性良好、形状规则的六方相纳米晶体,随着Yb^(3+)掺杂浓度的提高,纳米晶体的粒径有所增加。在此基础上,通过控制泵浦功率对不同浓度敏化剂Yb^(3+)掺杂的NaYF_4∶Yb^(3+), Er^(3+)上转换纳米颗粒在980 nm激发光下的光致发光特性做了详细的研究。对于不同浓度敏化剂掺杂的样品,随着泵浦功率的提高,上转换发光的强度增强,这可以归因于高泵浦功率促进材料对激发光的吸收。上转换发光的红绿比也得到了提高,值得注意的是,在不同浓度敏化剂Yb^(3+)掺杂的样品中,发光的红绿比改变的程度和可调谐的范围有所不同。为了深入的了解上转换发光机制,对不同浓度样品中可能发生的电子能量传递机制进行了讨论并提出假设,认为上转换发光过程中,不同浓度样品中红绿比变化程度的不同是发光离子组合之间的平均距离和包括多声子弛豫、交叉弛豫和反向能量传递的非弛豫过程的综合作用。在低浓度敏化剂掺杂的样品中,由于掺杂浓度导致Yb^(3+)和Er^(3+)之间的平均距离较大,反向能量传递过程比较微弱。在非弛豫过程中,发生在同一发光中心Er^(3+)上的多声子弛豫和相邻发光中心Er^(3+)之间的交叉弛豫为主要过程。随着泵浦功率的提高,高能级的布居速率增加减弱了非辐射弛豫对发光的影响,材料的红绿比只有微弱的提高,绿光是上转换发光中的主要成分。随着掺杂浓度的提高,敏化剂离子Yb^(3+)和激活剂离子Er^(3+)之间的平均间距减小,反向能量传递过程得到增强,成为非辐射弛豫过程中的主要部分。由于泵浦功率增强而提高的高能级对上转换发光的贡献,通过相邻敏化剂和激活剂离子之间的反向能量传递过程得到迅速的衰减,使红光成为上转换发光中的主要成分。在980 nm的近红外光激发下,在不同浓度Yb^(3+)掺杂的样品中存在不同侧重的非辐射弛豫过程,由于多声子弛豫、交叉弛豫和反向能量传递共同作用,红绿比随着泵浦功率提高而增加。这种发光特性不但使得我们得到红光性能更好的上转换荧光材料,而且可以通过测定材料的红绿比来判定材料的掺杂浓度。经过进一步的设计和修饰,这种纳米材料很有潜力作为一种多功能光动力治疗纳米平台在生物检测领域中得到应用。不同浓度样品中可能发生的电子能量转移过程的提出,有利于对上转换发光机理的了解和稀土发光离子组合的设计和优化。

热处理温度及EDTA对β-NaYF_4:Yb^(3+),Er^(3+)材料结构与性能的影响

采用共沉淀法合成了Yb3+、Er3+共掺杂的NaYF4粉体,重点研究了热处理温度和螯合剂EDTA对所合成粉体的晶相、表面形貌以及上转换发光性能的影响,并利用X射线衍射、扫描电镜及荧光光谱对其结构组成、晶体表面形貌及发光性能进行了研究。结果表明:随着热处理温度的升高,NaYF4:Yb3+,Er3+粉体由立方相向六方相转变,当温度高于600℃时又从六方相逐渐转变为立方相,而且颗粒的尺寸逐渐变大,从近似球形到无规则形状;NaYF4:Yb3+,Er3+发光强度与热处理温度密切相关,热处理温度对于β-NaYF4:Yb3+,Er3+的发光性能有着重要的影响。经过600℃热处理后的粉体具有较高的发光强度;螯合剂EDTA的添加对所合成粉体的发光性能有着明显的影响,螯合剂的添加降低了其发光强度;在1 000℃以内,NaYF4:Yb3+,Er3+具有良好的热稳定性。

制备工艺对掺杂NaYF_4∶Er^(3+),Yb^(3+)发光纳米晶的聚合物光波导放大器性能的影响

制备了NaYF_4∶Er^(3+),Yb^(3+)纳米晶,表征了纳米晶的形貌,通过物理掺杂的方式将纳米粒子掺杂到SU-8中作为光波导放大器的芯层材料,优化了波导放大器的尺寸,利用旋涂、刻蚀等工艺,在二氧化硅衬底上制备了光波导放大器。实验中用光漂白法和湿法刻蚀两种方法制备光波导放大器,分别给出了两种方法制备的器件的结构、工艺流程、光场模拟结果,并对两种方法制备的器件的放大特性进行了测试。测试结果表明,当980 nm波长的泵浦光功率为241 m W且1 550 nm波长的信号光功率为0.1 m W时,使用湿法刻蚀法制备的放大器得到2.7 d B的相对增益。当980 nm波长的泵浦光功率为235 m W且1 550 nm波长的信号光功率为0.1 m W时,使用光漂白法制备的放大器得到4.5 d B的相对增益。根据以上测试结果,分析了两种工艺对器件性能的影响。

Synthesis and upconversion luminescence properties of NaYF_4:Yb^(3+)/Er^(3+) microspheres

Cubic NaYF4：Yb^3＋（20%）/Er^3＋（1%） microspheres were synthesized by EDTA-assisted hydrothermal method. Under 980 nm excitation, ultraviolet （^4G11/2→^4I15/2）, violet （^2H9/2→^4I15/2）, green （^4F7/2→^4I15/2, 2H11/2→^4I15/2, and ^4S3/2→^4I15/2）, and red （^4F9/2→^4I15/2） upconversion fluorescence were observed. The number of laser photons absorbed in one upconversion excitation process, n, was determined to be 3.89, 1.61, 2.55, and 1.09 for the ultraviolet, violet, green, and red emissions, respectively. Obviously, n=3.89 indicated that a four-photon process was involved in populating the ^4G11/2 state, and n=2.55 indicated that a three-photon process was involved in populating the ^4F7/2/^2H11/2/^4S3/2 levels. For the violet and red emissions, the population of the states ^2H9/2 and ^4F9/2 separately came from three-photon and two-photon processes. The decrease of n was well explained by the mechanism of competition between linear decay and upconversion processes for the depletion of the intermediate excited states.

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.

低温熔盐法制备六方相NaYF_4:Yb^(3+)/Er^(3+)

上转换发光材料在固体激光器、三维显示、光存储、生物标签等领域具有潜在的应用前景,它的研究与开发已成为目前高新材料领域的研究热点之一。NaYF_4基质材料具有较低声子能量、良好的化学稳定性等特性,是优秀的上转换基质材料,特别是稀土掺杂六方相NaYF_4具有很高的转换效率。

NaYF_4:Yb^(3+),Er^(3+)纳米晶的溶剂热制备及光学性质研究

本文采用溶剂热法制备了Yb^(3+)和Er^(3+)共掺杂NaYF_4上转换发光材料,并对材料的结构、尺寸、形貌及上转换发光性质进行了表征。研究结果表明F-/Y^(3+)的比例对材料结构,形貌及尺寸有着重要影响,较高的F-浓度有利于六角相NaYF_4的生成。由于较小尺寸材料中表面吸附大声子振动基团的增加,增加了~4I_(11/2)-~4I_(13/2)无辐射驰豫速率,红光能级~4F_(9/2)得到有效布居,红光比例相对增强。

Enhanced photoelectric conversion efficiency of dye-sensitized solar cells by the synergetic effect of NaYF_4:Er^(3+)/Yb^(3+) and g-C_3N_4

TiO2-NaYF4：Er^3＋/Yb^3＋-C3N4 composite photoanodes were successfully designed for the first time. The photoelectric conversion efficiency of TiO2-NaYF4：Er^3＋/Yb^3＋ C3N4 composite cell can result an efficiency of 7.37%, which is higher than those of pure TiO2 cell and TiO2-C3N4 composite cell. The enhancement of the efficiency can be attributed to the synergetic effect of NaYF4：Er^3＋/Yb^3＋ and C3N4. Elec- trochemical impedance spectroscopy analysis revealed that the interfacial resistance of the TiO2-dyelI3^-/I^- electrolyte interface of TiO2-NaYF4：Er^3＋/Yb^3＋-C3N4 composites cell was much smaller than that of pure TiO2 cell. In addition, the TiO2-NaYF4：Er^3＋/Yb^3＋-C3N4 composite cell had longer electron recombination time and shorter electron transport time than that of pure TiO2 cell.

Synthesis and characterization of NaYF4:Yb3+,Er3+@silica-N=folic acid nanocomplex for bioimaginable detecting MCF-7 breast cancer cells

Upconversion nanophosphors are new promising nanomaterials to be used as biolabels for detection and imaging of cancer cells.These nanophosphors absorb long-wavelength excitation radiation in the infrared or near infrared region and emit shorter wavelength,higher energy radiation from ultraviolet to infrared.In this paper,we studied the hydrothermal method and optical properties of the functionalized NaYF4:Yb^3+,Er^3+for biomedical application.After synthesis,these NaYF4:Yb^3+,Er^3+nanophosphors were functionalized with aminosilanes and folic acid.Folic acid binds to the folate receptor on the surface of MCF-7 breast cancer cells and this binding promotes internalization of the nanophosphors via endocytosis.The sizes of the functionalized NaYF4:Yb^3+,Er^3+@silica-N=FA(folic acid)nanophosphors can be controlled with length of the rod about 300-800 nm and diameter of the rod about 100-200 nm.Phase structure of NaYF4:Yb^3+,Er^3+is in hexagonal crystal system.The photo luminescence(PL)spectra of the functionalized NaYF4:Yb^3+,Er^3+@silica-N=FA nanophosphors were measured.These nanophosphors emit in red color with the strongest band at 650 nm under 980 nm excitation.This result can provide NaYF4:Er^3+,Yb^3+@silica-N=FA complex for developing fluorescence label and image tool in cancer biology and medicine.

基于铒镱共掺纳米晶的聚合物光波导放大器的增益特性

通过理论模拟和计算对基于氟钇钠(Na YF4)∶镱(Yb^(3+)),铒(Er^(3+))纳米晶的聚合物光波导放大器在1.55 mm处的增益特性进行了研究。分析中采用的波导芯层为Na YF4∶18%Yb^(3+),10%Er^(3+)纳米晶掺杂的SU-8 2005聚合物,包层为P(MMAGMA)聚合物。通过测试和分析纳米晶材料的吸收光谱和荧光光谱,利用Judd-Ofelt理论计算出了相应的Judd-Ofelt参数:Ω2=6.302×10-20cm2,Ω4=0.69×10-20cm2,Ω6=7.572×10-20cm2。通过求解原子速率方程与光功率传输方程模拟分析了波导放大器在1.55μm波长的增益特性,得到的增益曲线具有饱和效应,当Er^(3+)离子浓度为7.5×1025m-3时获得的最大增益为9.7 d B。以Si O2作为下包层,Na YF4∶Yb^(3+),Er^(3+)纳米晶掺杂的SU-8 2005聚合物作为芯层,P(MMA-GMA)聚合物作为上包层,制备了聚合物光波导放大器,当波长为980 nm的抽运光功率为170 m W、信号光功率为0.1 m W时,器件获得的最大相对增益为3.42 d B/cm。