Tm^(3+)高掺杂的NaYF_(4)纳米颗粒制备与发光性能研究

为了研究Tm^(3+)高掺杂浓度下NaYF_(4)纳米颗粒的上转换发光性能,采用热分解法合成了六方相的NaYF_(4)∶Yb^(3+)/Tm^(3+)(20%/8%)纳米颗粒,并用X射线衍射对其结构进行了表征,用透射电子显微镜对其形貌和大小进行了表征.通过搭建上转换光谱测试系统,研究了在980 nm激光激发下NaYF_(4)∶Yb^(3+)/Tm^(3+)纳米颗粒的上转换发光光谱,并分析了其发光机制.通过计算475,513,650,744,805 nm处发光强度与激发光功率间的依赖关系,证明了其上转换发光过程为双光子过程.

Yb^(3+)和Tm^(3+)共掺透明磷酸盐微晶盐玻璃上转换发光性能

采用熔融冷却法制备了掺杂不同比例Yb^(3+)和Tm^(3+)的磷酸盐玻璃,通过在630℃保温1 h得到透明的微晶玻璃,对样品进行XRD测试,表明析出的晶体为Na_(3.6)Y_(1.8)(PO_(4))_(3),通过Jade6.0计算和TEM分析,其晶粒尺寸均在20~40 nm之间,小于可见光波长,透过率光谱表明,经过热处理之后微晶玻璃仍保持70%以上的透过率。研究了前驱体玻璃和微晶玻璃在980 nm LD泵浦下的上转换荧光光谱,微晶玻璃的上转换效率明显高于前驱体玻璃,在上转换荧光光谱中,475 nm处发射强烈的上转换蓝光,654 nm处发射微弱的红光,795 nm处发射较弱的红外光。随着Yb^(3+)掺杂浓度的增加其上转换效率先增大后减小,Yb^(3+)的掺杂浓度为0.9%时,产生浓度猝灭现象。通过分析上转发光强度与激光器泵浦功率之间的关系,在Yb^(3+)和Tm^(3+)共掺的磷酸盐微晶玻璃中,上转换蓝光、红光和红外光的发射均为双光子过程。解释了Yb^(3+)和Tm^(3+)在磷酸盐微晶玻璃中的上转换发光机制。利用CIE1931计算,可知Yb^(3+)和Tm^(3+)共掺磷酸盐微晶玻璃的上转换发光色度坐标落在了蓝光区域,有望用在光学储存、全色显示、蓝色防伪、蓝光激光玻璃等领域。

K_(3)ScF_(6)∶Tm^(3+),Yb^(3+)/CdS光催化复合材料的制备及其光催化性能研究

上转换材料与光催化剂复合可以产生吸收光谱“红移”的效果,对提高光催化剂的降解效率具有重要意义。为了提高CdS对近红外光的利用率,通过高温固相反应法合成了冰晶石结构上转换发光材料K_(3)ScF_(6)∶Tm^(3+),Yb^(3+),并采用高能球磨法将其与CdS复合制备出一种新型光催化复合材料K_(3)ScF_(6)∶Tm^(3+),Yb^(3+)/CdS。采用X射线粉末衍射(XRD)、场发射扫描电镜(SEM)、荧光光谱(PL)和紫外-可见漫反射吸收光谱对其成分、结构和性能进行了系统表征。同时,对不同复合比例下制备的复合催化剂对罗丹明B(RhB)的光降解效率和K_(3)ScF_(6)∶Tm^(3+),Yb^(3+)/CdS光催化复合材料的光催化机理进行了研究。结果表明,K_(3)ScF_(6)∶Tm^(3+),Yb^(3+)和CdS的最佳复合比为3.6∶1,上转换发光材料K_(3)ScF_(6)∶Tm^(3+),Yb^(3+)的引入协同促进了CdS的光催化作用,光催化过程中·OH与·O^(2-)均参与了对RhB的降解,并且·OH起主要作用。此外,在最佳复合比下,经过80 min,K_(3)ScF_(6)∶Tm^(3+),Yb^(3+)/CdS样品降解率达到99.9%,与未复合的CdS相比,降解率提高了近50倍。所有结果表明K_(3)ScF_(6)∶Tm^(3+),Yb^(3+)/CdS光催化复合材料在光催化领域具有潜在的应用价值。

Upconversion Luminescence Properties of Ho^(3+),Tm^(3+),Yb^(3+) Co-Doped Nanocrystal NaYF_4 Synthesized by Hydrothermal Method

Nanocrystal of upconversion （UC） phosphor Ho^3＋, Tm^3＋ , and Yb^3＋ co-doped NaYF4 was prepared by the hydrothermal method in the presence of the complexing agent EDTA. Under 980 nm diode laser excitation, the impact of different concentrations of Ho^3＋ ion on the UC luminescence intensity was discussed. The law of luminescence intensity versus pump power shows that the 474 nm blue emission, 538 nm green emission, and 642 nm red emission are all due to the two-photon process, while the 450 nm blue emission is a three-photon process. The UC mechanism and processes were also analyzed. The sample was characterized by transmission electron microscopy （TEM） and X-ray diffraction （XRD）. The result shows that Ho^3＋ ,Tm^3＋ , and Yb^3＋ co-doped NaYF4 prepared by the hydrothermal method exhibits a hexagonal nanocrystal.

Tm^(3+)/Yb^(3+)共掺含LaF_(3)纳米晶锗酸盐微晶玻璃的上转换发光及其温度传感特性

通过传统的熔融淬火技术以及后续热处理法制备了Tm^(3+)/Yb^(3+)共掺含LaF_(3)纳米晶锗酸盐微晶玻璃。通过DTA和XRD研究其热性质和LaF_(3)纳米晶的可控析出。通过透过光谱和上转换发光光谱研究了玻璃的光学性能。利用荧光强度比(FIR)技术研究了微晶玻璃样品在980 nm激光激发下的上转换发光光谱与温度的依赖关系。研究发现,该微晶玻璃样品在313~573 K温度范围内的最大绝对灵敏度Sa和最大相对灵敏度Sr分别为2.6×10^(-4)K^(-1)(573 K)和2.3×10^(-2)K^(-1)(313 K)。结果表明,Tm^(3+)/Yb^(3+)共掺含LaF_(3)纳米晶锗酸盐微晶玻璃在温度传感领域具有潜在的应用前景。

阳离子交换增强β-NaGdF_4∶Yb^(3+),Tm^(3+)纳米晶近红外发光

为了增强β-Na Gd F4∶Yb3+,Tm3+纳米晶的上转换发光,克服外延增长钝化壳增大尺寸的不足,利用阳离子交换法制备核壳纳米结构,研究了样品在980 nm激发下的上转换发光性质。首先,利用高温热分解法制备了直径为10 nm的β-Na Gd F4∶Yb3+,Tm3+纳米晶;然后,将制备的纳米晶与Gd3+在油酸-十八烯混合溶液中在300℃进行交换反应。实验结果表明,随着表面Yb3+和Tm3+被Gd3+取代,钝化壳的形成抑制了内部Yb3+的表面去激发过程,增强了内部Yb3+(2F5)→Tm3+(3H5,3F2,3)的能量传递,上转换发光逐渐增强。交换30min后,Tm3+的3H4→3H6近红外发光增强达到最大,为对照样品的6.5倍,而尺寸基本保持不变。在生物成像方面,上转换纳米晶的尺寸必须与生物分子相匹配,同时发光强度要高,阳离子交换法既能增强近红外发光,又能保持原来小的尺寸,在生物成像领域具有很好的应用前景。

Up-conversion photoluminescence characteristics of Yb^(3+):Er^(3+):Tm^(3+) co-doped borosilicate glasses

Yb^3＋：Er^3＋：Tm^3＋co-doped borosilicate glasses are prepared. Their strong up-conversion photoluminescence spectra in a range from ultra-violet to near-infrared, which are excited by a 978-nm laser diode, are measured, and the mechanisms of energy transfer among Yb^3＋ Er^3＋ and Tm^3＋ ions are discussed. The results show that there is an unexpected wavelength at 900-nm emission from Yb^3＋ Stark splitting levels to pump Tm^3＋ ions and there exists an optimum pump power. The concentration of the Tm^3＋ dopant gives rise to a prominent effect on the intensity of visible and near-infrared emissions for the yb^3＋：Er^3＋：Tm^3＋ co-doped borosilicate glasses.

上转换纳米棒NaGdF4:Yb^3+,Tm^3+的合成、形貌调控及其荧光研究

水热法制备了高纯度六方相NaGdF_4:Yb^(3+),Tm^(3+)纳米颗粒,采用以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为表面活性剂,通过X射线衍射(XRD),透射电镜(TEM),元素分析(mapping),荧光光谱学等手段对所制备的NaGdF_4纳米棒的结构与形貌进行表征,发现提高反应时间对粒子尺寸和形貌的影响不明显,表面活性剂的浓度对发光强度有明显影响,并着重研究粒子长径比和发光强弱关系的特点。结果表明:共掺杂NaGdF_4纳米颗粒在980 nm下可发射出475 nm蓝光,以及695 nm红光800 nm的强近红外光。且发现颗粒长径比越大,荧光强度越强,进一步探索了颗粒长径比调控的荧光增强机理。

Optical temperature sensor based on up-conversion fluorescence emission in Yb^(3+):Er^(3+) co-doped ceramics glass

yb^3＋：Er^3＋ co-doped oxy-fluoride ceramics glass has been prepared. The mechanism of up-conversion emissions about Er^3＋ was discussed, and the temperature properties of green up-conversion fluorescence between 303 and 823 K were investigated. The results show that the sensitivity of this sample reaches its maximum value, about 0.0047 K^-1, when the temperature is 383 K, indicating that this kind of sample can be used as high temperature and high sensitivity optical temperature sensor.

Spectral and Lasing Properties of Er^(3+0/Yb^(3+) Co-Doped Phosphate Glasses Pumped by LD

Er^3 ＋/Yb^3 ＋ phosphate glasses were fabricated. According to McCumber theory, the stimulated emission cross-section of Er^3＋ ions at 1533 nm was calculated on the basis of absorption spectrum, and 0.84 × 10^-20 cm^2 is derived, the fluorescence lifetime of ^4I13/2 level is 8.5 ms. An Er^3＋/Yb^3＋ co-doped phosphate glass CW laser pumped by LD was demonstrated at room temperature. The maximum output power is 80 mW and slope efficiency is 16.5%.

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。

Up-conversion luminescence properties and energy transfer of Er^(3+)/Yb^(3+)co-doped oxyfluoride glass ceramic containing CaF_2 nano-crystals

The Er^3＋/yb^3＋ co-doped transparent oxyfluoride glass-ceramics containing CaF2 nano-crystals were successfully prepared. After heat treatments, transmission electron microscopy （TEM） images showed that CaF2 nano-crystals of 20-30 nm in diameter precipitated uniformly in the glass matrix. luminescence of Er^3＋ at 540 nm and 658 nm was observed in Comparing with the host glass, high efficiency upconversion the glass ceramics under the excitation of 980 nm. Moreover, the size of the precipitated nano-crystals can be controlled by heat-treatment temperature and time. With the increase of the nano-crystal size, the intensity of the red emission increased more rapidly than that of the green emission. The energy transfer process of Er^3＋ and Yb^3＋ was convinced and the possible mechanism of Er^3＋ up-conversion was discussed.

GdF3∶Er^3＋,Yb^3＋的合成和上转换发光特性

采用水热法制备了Er3+离子浓度为3%,Yb3+离子浓度分别为10%,20%的GdF3∶Er3+,Yb3+。XRD结果表明:合成的样品均为正交结构的GdF3,Gd0.87Yb0.10Er0.03F3和Gd0.77Yb0.20Er0.03F3样品的晶粒尺寸分别为28和26nm。研究了980nm红外光激发的上转换发射光谱。结果表明:红光和绿光发射分别来自于Er3+离子的2H11/2,4S3/2→4I15/2和4F9/2→4I15/2跃迁。样品的绿光发射强度较红光发射强。但绿光和红光发射的相对强度比例与Yb3+离子浓度有关。对Gd0.87Yb0.10Er0.03F3和Gd0.77Yb0.20Er0.03F3样品中可能的上转换发光机制进行了讨论。

Yb^(3+)、Tm^(3+)共掺上转材料的发光性能

用燃烧法制备镱(Yb3+)、铥(Tm3+)共掺杂,氟化钇钠(NaYF4)为基质的上转换发光材料,样品用980 nm红外光激发能发出强蓝光。结果表明,掺杂Yb3+、Tm3+摩尔分数分别为2.68%、0.024%,温度控制在450~550℃、反应时间约110 min、燃烧剂尿素占摩尔分数30%时,上转换蓝光最强。

YLiF_4:Er^(3+),Tm^(3+),Yb^(3+)中Tm^(3+)浓度对上转换发光的影响

利用水热法合成了YLiF4:Er3+,Tm3+,Yb3+,其中Er3+和Yb3+的浓度保持固定不变,分别为1 mol%和1.5 mol%,Tm3+浓度变化范围是2 mol%~8 mol%。在这种共掺杂体系中,同时观察到了Er3+,Tm3+和Yb3+的吸收,且Tm3+的吸收随着其浓度的增强而增强。在980 nm光的激发下,当Tm3+浓度很小时,这种材料的上转换发光为白光。其中蓝光主要来源于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。并且这种上转换发光强度随着Tm3+浓度的增强而降低,但对应不同能级跃迁的发光强度降低的幅度不同,这是因为Er3+和Tm3+之间的相互作用。

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。

Er^(3+)/Yb^(3+)/Tm^(3+)共掺杂氟化物中红色上转换发光研究

氧化铒的质量增加到原来的10倍左右时发现两种配方的发光性质有明显不同。根据情况作者研究了Er3+ /Tm3+ ,Er3+ /Er3+ 和Er3+ /Yb3+ /Tm3+ 发光系统在980nm抽运下的荧光光谱和上转换发光的性质,以及在声子能量较低的氟化物中,3个发光系统建立的优先性和Er3+ 离子浓度的关系。根据实验发现当Er3+ 离子浓度由小逐渐变大时,绿光和红光的强弱比例也有明显的变化。其中作者认为起决定性作用的是Er3+ 离子浓度。因为在均匀体系中每个稀土离子的和另一个稀土离子的结合形成发光系统的机会是平等的,组成发光系统的稀土离子间的距离变化,即其中一种起决定作用的离子浓度变化时,那么它所组成的发光系统也就相应发生变化(稀土离子的优先结合性也会在此得到体现) ,从而发出的主色的光也就跟着变化。

Yb^(3+)对Tm^(3+)间接敏化与基质晶格关系

Yb3+ 敏化Tm3+ 有两种方式 ,一种是直接敏化上转换 ,另一种是间接敏化上转换。前种直接采用 980nm激光激发 ,而后者可用 80 7nm激光激发 ,无疑后者有利于提高上转换发光的量子效率。由于基质晶格的晶体场强度不同 ,对称性有高有低 ,造成的稀土离子的能级分裂不同 ,通过分析双掺BaY2 F8,Cs3Yb2 Cl9等材料的光谱资料并结合生长的双掺Yb3+ ,Tm3+ ∶ZnWO4 单晶光谱的实际测试与分析 ,提出了Yb3+ 和Tm3+ 间的间接敏化共振能量传输的新观点 ,并具体分析了能形成这一上转换机制的条件。与间接敏化非共振能量传输不同 ,一是Yb3+ 的2 F5/2 →2 F7/2 的跃迁应与Tm3+ 3H4 →1 G4 能级间隔尽可能接近 ;二是Yb3+ 激发态能级2 F5/2 与Tm3+ 的3H4 能级尽可能接近。这要求基质材料的晶体场场强要弱 ,对称性要低。间接敏化共振能量传输极有可能引起光子雪崩上转换 ,这将为探索实用上转换激光晶体提供有益经验。

980nm激发下YLiF_4∶Er^(3+),Tm^(3+),Yb^(3+)中的能量传递过程

利用水热法合成了YLiF4∶Er3+,Tm3+,Yb3+,其中Er3+、Yb3+和Tm3+的摩尔分数分别为2%、1.5%和2%。在这种共掺杂体系中,在980nm光的激发下,材料的上转换发光为白光,发光峰不仅分别位于665nm(651nm)、552nm(543)、484nm和450nm处,并在648nm处还观察到了一个发光峰,其中最强的发射为红光。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。不同发射对应的激发光谱略有不同,当用不同波长光激发时,得到的发光不同,由此证明了Tm3+和Er3+之间存在能量传递,并且这种能量传递增强了红光的发射,降低了绿光的发射。

近红外到近红外Mn^(2+)掺杂NaYF_4∶Yb^(3+)/Tm^(3+)纳米粒子的制备及其生物成像

在反应温度为200℃、反应时间为8 h的温和条件下,采用水热法合成了近红外到近红外的Mn^(2+)掺杂Na YF_4∶Yb^(3+)/Tm^(3+)上转换荧光纳米粒子,再以两亲性聚合物C_(18)PMH-mPEG作为亲水性配体修饰到上转换荧光纳米粒子表面,得到具有水溶性的上转换荧光纳米粒子。然后在980 nm近红外光源激发下,测量了上转换荧光纳米粒子的荧光发射光谱,在(800±10)nm附近,观察到了较强的单近红外光发射(~3H_4→~3H_6)。对样品进行细胞毒性实验,结果表明制得的水溶性Mn^(2+)掺杂Na YF_4∶Yb^(3+)/Tm^(3+)纳米粒子具有良好的生物相容性。并进一步在小鼠体内进行了近红外成像,表明其在生物成像领域将会具有一定的应用前景。