溶剂热法制备NaScF_(4):Yb^(3+)/Er^(3+)及其发光性能的研究

利用溶剂热法在油酸(OA),正辛醇(OC)及乙二醇(EG)三溶剂中成功制备出NaScF_(4):Yb^(3+)/Er^(3+)纳米颗粒。调节三种溶剂的不同比例观察对样品晶相、结构、尺寸及发光强度的影响。此外,我们使用了X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、荧光光谱仪对样品进行了表征。通过XRD证明在OA、OC、EG分别为16mL,12mL、4mL时成功合成出了纯相的NaScF_(4):Yb^(3+)/Er^(3+)纳米颗粒。SEM图进一步证明样品形貌均匀,分散性较好,粒径较小,颗粒尺寸为37.62±9.36nm。此外,样品的荧光光谱表明样品在980nm激光激发下能发射出红色荧光。因此,该方法下制备的NaScF_(4):Yb^(3+)/Er^(3+)尺寸较小,形貌较均匀,拥有强的红色发射且该材料有望用于生物成像、信息储存,防伪等领域。

YVO_4:Er^(3+)/Yb^(3+)纳米纤维的静电纺丝制备及表征

实验采用静电纺丝技术和高温煅烧法结合制备YVO_4∶Er^(3+)/Yb^(3+)纳米纤维,利用X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)对其物相结构、尺寸与形貌进行了基本的表征。并系统地研究了YVO_4∶Er^(3+)/Yb^(3+)纳米纤维的上转换发光性能。结果表明,YVO_4∶Er^(3+)/Yb^(3+)纳米纤维的红色发射与绿色发射,均随激光工作电流强度的增大而增大,都随着温度的升高呈现单调下降趋势。

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。

静电纺丝技术制备Y_2O_3∶Yb^(3+),Er^(3+)上转换纳米纤维及其表征

采用静电纺丝技术制备了PVA/[Y(NO3)3+Yb(NO3)3+Er(NO3)3]复合纳米纤维,将其在适当的温度下进行热处理,得到Y2O3∶Yb3+,Er3+上转换纳米纤维.XRD分析表明,复合纳米纤维为无定形,Y2O3∶Yb3+,Er3+上转换纳米纤维属于体心立方晶系,空间群为Ia3.SEM分析表明,复合纳米纤维的平均直径约为150nm;随着焙烧温度的升高,纤维直径逐渐减小.经过600℃焙烧后,获得了直径约60nm的Y2O3∶Yb3+,Er3+上转换纳米纤维.TG-DTA分析表明,当焙烧温度高于600℃时,复合纳米纤维中水分、有机物和硝酸盐分解挥发完毕,样品不再失重,总失重率为83%.FTIR分析表明,复合纳米纤维与纯PVA的红外光谱一致,当焙烧温度高于600℃时,生成了Y2O3∶Yb3+,Er3+上转换纳米纤维.该纤维在980nm的半导体激光器激发下发射出中心波长为521,562nm的绿色和656nm的红色上转换荧光,分别对应于Er3+离子的2H11/2/4S3/2→4Il5/2跃迁和4F9/2→4Il5/2跃迁.对Y2O3∶Yb3+,Er3+上转换纳米纤维的形成机理进行了讨论.

Na^＋掺杂KLaF4∶Er^3＋/Yb^3＋纳米晶上转换发光性能的研究

采用水热法,以乙二胺为络合剂合成了Na^+离子掺杂的六方相KLaF_4∶Er^(3+)/Yb^(3+)纳米晶。利用X射线衍射谱(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、红外光谱(FT-IR)对样品的晶体结构、形貌和表面吸附进行了表征;测量了不同含量Na+掺杂样品在980 nm近红外光激发下的上转换发射光谱和4F9/2能级的荧光寿命。结果表明:随着Na^+掺杂浓度的增加,KLaF_4∶Er^(3+)/Yb^(3+)纳米晶上转换红绿光的发光强度均呈现出先增大后减小的趋势,红绿光发射最强强度分别为未掺Na+样品的7.3倍和5.2倍。Na^+掺杂使Er^(3+)离子周围晶场的不对称性降低和纳米晶表面吸附基团的减少是发光增强的主要原因。针对Na+掺杂样品的荧光寿命低于未掺样品的原因作了简要讨论。

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。

Yb^(3+)/Er^(3+)双掺杂的NaYF_(4)上转换纳米功能材料的制备与设计优化

为合成单分散、形貌尺寸均一、高上转换发光的稀土上转换纳米功能材料,本文以稀土氯化物为反应前驱体,采用溶剂热法合成Yb^(3+)/Er^(3+)双掺杂的NaYF_(4)上转换发光纳米材料,并对稀土元素掺杂比例、反应时间、反应温度、油酸体积分数等影响材料结构、形貌和发光性能的条件进行了优化。结果表明,最佳稀土元素掺杂比例为78%Y^(3+)∶20%Yb^(3+)∶2%Er^(3+),反应时间90 min,反应温度300℃,油酸体积分数15.5%。在最佳条件下,本研究合成的NaYF_(4)∶Yb^(3+),Er^(3+)纳米材料形貌呈六方晶型,直径约为30 nm,与标准卡片匹配良好;在980 nm近红外光激发下,该纳米材料在529 nm、542 nm以及657 nm处均可以观察到Er^(3+)的特征发射峰,且发射出明亮的绿色荧光。本研究为后续制备修饰有不同功能基团的NaYF_(4)∶Yb^(3+),Er^(3+)纳米材料及其应用奠定了基础。

微波法快速可控合成红光发射的NaYF_(4):Yb^(3+)/Er^(3+)上转换纳米材料

采用单模微波法快速合成了红光发射的NaYF_(4):Yb^(3+)/Er^(3+)上转换纳米材料,探讨了反应温度、反应时间、反应溶剂以及掺杂离子浓度对目标产物合成的影响,并通过TEM,XRD和荧光光谱对所得样品的形貌、结构及发光性能进行了表征。结果表明,该方法能高效制备平均粒径为50 nm、具有立方相结构的NaYF_(4):Yb^(3+)/Er^(3+)上转换纳米材料,其在980 nm激光激发下,当Yb^(3+)和Er^(3+)掺杂浓度为20%和2%时,呈现强红光发射。通过创新发光材料的合成方法实现了强红光发射上转换纳米材料在10 min内的简单快速合成,显著提高了材料的合成效率。该研究合成的纳米材料在生物标记、细胞成像、生物检测等领域也具有巨大的应用前景。

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。

纤维状中空结构NaYF_(4):Yb^(3+),Er^(3+)上转换材料的合成及防伪应用

采用水溶性聚合物聚乙烯亚胺(PEI)调介下的水热法,一步合成了具有纤维状中空结构的六方相NaYF4:Yb^(3+),Er^(3+)上转换荧光材料,并将其作为荧光填料,通过流延成膜法制备了具有上转换荧光性能的壳聚糖/聚乙烯醇(CS/PVA)荧光复合薄膜。探究了PEI配体含量和反应体系pH值对合成的上转换材料的形貌、晶型和荧光性能的影响,以及壳聚糖/聚乙烯醇荧光复合薄膜中荧光填料的最佳掺杂量。研究结果表明,在PEI含量为0.3 g且反应体系pH=5的条件下,合成的产物为具有纤维状中空结构的六方相NaYF4:Yb^(3+),Er^(3+)。荧光光谱表明,合成的NaYF4:Yb^(3+),Er^(3+)上转换材料在980 nm激光激发下具有优异的荧光性能。当荧光填料的掺杂质量分数为3.0%时,制备的NaYF4:Yb^(3+),Er^(3+)/(CS/PVA)荧光复合薄膜具有最佳的透明度和上转换荧光特性。

Bi/Yb^3+,Er^3+∶TiO2复合纳米纤维的合成及光催化产氢性能

以静电纺丝技术制备的稀土Yb3+和Er3+共掺杂TiO2纳米纤维为基质,结合水热法合成了Bi复合Yb3+,Er3+∶TiO2纳米纤维光催化剂。以三乙醇胺为牺牲剂,研究了Bi/Yb3+,Er3+∶TiO2的紫外、可见、近红外和全谱光催化产氢性能。结果表明:全谱光照5 h,产氢速率达到1650.3μmol·g-1·h-1。Bi作为一种新兴的非贵金属具有独特的等离子体光催化或辅助光催化性能,能与稀土元素丰富的能级结构和特殊的上转换发光特性相结合。对TiO2进行双重协同修饰改性,可以有效提高TiO2纳米纤维的光催化活性。

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.

Mn^2+掺杂NaScF4∶Yb^3+,Er^3+上转换发光材料制备及性能研究

采用三氟乙酸盐高温热分解法,以稀土氧化物(RE_2O_3,RE=Sc,Yb,Er)、三氟乙酸(CF3COOH)、一氧化锰(Mn O)和氢氧化钠(Na OH)为原料,以油胺和十八烯为混合溶剂,制备Mn^(2+)掺杂NaScF_4:18%Yb^(3+)/2%Er^(3+)上转换发光材料。研究了Mn^(2+)掺杂浓度对NaScF_4:18%Yb^(3+)/2%Er^(3+)上转换发光材料的晶相结构、微观形貌及发光性能的影响。实验结果表明:Mn^(2+)掺杂浓度在0～5mol%范围内,所制得的产物为纯六方相NaScF_4:Yb^(3+),Er^(3+)晶体。当Mn^(2+)掺杂浓度增大到10～30mol%时,样品的晶相结构并未改变,但衍射峰的强度有所降低,所制得产物的形貌由球状转变为片状。当Mn^(2+)掺杂浓度在0～20mol%范围内,所制得的产物在980 nm激光激发下共产生3个发射峰,中心波长分别位于525 nm,555 nm和660 nm。当Mn^(2+)掺杂浓度达到30mol%时,所制备产物的绿光发射峰几乎全部转变为波长为650～670 nm的红光发射峰。

Al^(3+)掺杂增强NaGdF_(4):Er^(3+)/Yb^(3+)纳米晶的上转换发光

采用溶剂热法,以乙二胺四乙酸(EDTA)为络合剂合成粗细均匀、六棱柱形的六方相Al^(3+)掺杂NaGdF_(4):Er^(3+)/Yb^(3+)纳米棒,并研究了掺杂Al^(3+)离子的上转换纳米材料性能.结果表明,适量Al^(3+)掺杂对NaGdF_(4)的晶相没有产生影响,但使主衍射峰的位置发生偏移.在980 nm激光激发下,与未掺杂的纳米晶相比,当Al^(3+)的掺杂浓度为15%时,红绿光发光最大强度分别增强了5.7倍和5倍,且^(4)F_(9/2)能级的荧光寿命被延长.Al^(3+)掺杂对上转换发光的改善是因Er^(3+)附近局部对称性的降低和粒子表面吸附基团的减少所致.

静电纺丝制备YVO_4:Sm^(3+)纳米纤维及其荧光光谱性能

采用静电纺丝技术与高温煅烧工艺相结合,以氧化钐、氧化钇、偏钒酸铵和聚丙烯腈为主要原料,制备稀土离子掺杂的YVO4:Sm3+纳米纤维。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅立叶变换红外(FT-IR)、热重-差热(TG-DTA)和荧光光谱(PL)等分析测试手段对所得样品的结构、形貌和荧光光谱性能进行表征。研究结果表明:静电纺丝制备的有机-无机复合纤维的直径在200~250 nm之间,经过900℃热处理后,所得YVO4:Sm3+样品纤维状结构保持完好,直径减至100 nm。掺杂的稀土Sm3+离子在YVO4纤维中显示出特征发射,同时VO3-4和稀土Sm3+离子之间存在能量传递;Sm3+的掺杂浓度为2%(摩尔分数)时发光强度最大。

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。