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构建核壳结构增强Ho<sup>3+</sup>离子在镥基纳米晶中的红光上转换发射

本站小编 Free考研考试/2021-12-29

摘要:本文主要以具有六方相结构的NaLuF4:Yb3+/Ho3+/Ce3+纳米晶体为核, 采用外延生长法构建具有同质结构的NaLuF4:Yb3+/Ho3+/Ce3+@NaLuF4:Yb3+核壳纳米晶体. 借助X-射线衍射仪及透射电子显微镜对样品的晶体结构、形貌及尺寸进行表征. 在近红外光980 nm激光激发下, 通过构建核壳结构及有效调控外壳中敏化离子Yb3+离子的掺杂浓度, 实现Ho3+离子在NaLuF4纳米晶体中的红光发射增强. 实验结果表明: 在相同的激发条件下, 具有核壳结构的NaLuF4:Yb3+/Ho3+/Ce3+@NaLuF4:Yb3+纳米晶体的红光发射均得到了增强, 同时, 当外壳中Yb3+离子的掺杂浓度为10.0%时, 其上转换红光发射强度最强, 为NaLuF4:Yb3+/Ho3+/Ce3+晶体核红光发射强度的5.8倍. 根据其光谱特性及发光动力学过程, 讨论了同质壳及壳中敏化离子掺杂浓度变化对其发光特性的影响规律. 这种具有较强红光发射的核壳结构纳米晶体在生物医学、防伪编码、多色显示等领域具有较大的应用前景.
关键词: NaLuF4纳米晶体/
核壳结构/
上转换发光/
荧光增强

English Abstract


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稀土掺杂的氟化物纳米上转换发光材料由于其独特的光学特性, 在固体激光器、3D显示、防伪技术、太阳能电池、尤其是生物医学等领域中有着巨大的应用前景[15], 受到研究者们的广泛关注. 目前, 人们已经采用多种不同的制备方法成功合成了具有多种不同结构及尺寸的稀土纳米上转换发光材料, 尤其是一系列具有较低声子能量的氟化物纳米晶体, 如NaYF4, NaLuF4, LaF3, LiYF4和NaScF4[610]等. 在这些氟化物晶体中, 具有六方相结构的NaYF4晶体则被公认为是目前具有较高上转换发光效率的材料之一[11,12], 其展现出优越的上转换发光特性, 并已被应用于多个领域中, 同时也受到研究者们的广泛关注. 然而, 近期的研究发现了一种与NaYF4晶体具有相同晶体结构, 即六方相的NaLuF4晶体, 同样具有较高的发光效率, 甚至其发光效率已经超越NaYF4晶体, 相关结论已被吉林大学秦伟平研究组及复旦大学李富友研究组得以证实[13,14]. 随后我们研究组也对微米级NaYF4晶体及NaLuF4晶体的上转化发光特性进行了深入研究, 同样证实了NaLuF4晶体具有较高荧光发射强度[15], 进一步证实NaLuF4晶体具有较高荧光发射效率, 可作为新的基质材料应用于不同的发光领域中.
事实上, 稀土上转换发光材料独特的激发方式及发光离子的红光和红外荧光发射, 即600—1100 nm范围内的光被视为生物组织的“光学窗口”, 为其在生物医学上的应用、尤其是生物成像及检测方面奠定了一定的基础, 同时也开创了新的探测方法[16]. 这使得稀土氟化物纳米上转换发光材料在生物成像、探测及治疗等应用上具有其他荧光材料无法替代的优势. 因此, 实现及增强发光中心在该类纳米发光材料中红光及红外发射、获取较强的荧光信号, 已成为研究者们关注的焦点. 因此, 获得高强、高纯度的单带红光上转换发射已经成为一种新的挑战. 目前, 增强发光离子的红光发射的主要途径包括: 1)离子共掺杂技术, 即通过掺杂不同离子, 改变其发射能级的跃迁通道实现发光离子红光发射增强, 最为常见就是增加敏化离子Yb3+离子的掺杂浓度实现Er3+离子红光发射的增强, 同时也通过掺杂Ce3+离子实现Ho3+离子的红光发射增强[17,18], 近期研究者通过共掺杂Mn2+和Pb2+等金属离子, 借助金属离子与发光中心的能量转移实现了Er3+离子及Ho3+离子很强的单带红光上转换发射[1922]; 2)构建不同的结构, 如核壳结构或者贵金属纳颗粒与稀土发光材料的复合结构均可实现发光离子红光上转换发射的增强[23]. 例如: 荷兰安姆斯特丹大学张宏教授研究组[24]通过构建新型的核壳结构实现Er3+离子红光上转换发射的增强.
本文采用高温共沉淀法制备六方相NaLuF4:Yb3+/Ho3+/Ce3+纳米晶体, 借助Ce3+离子与Ho3+离子之间的相互作用, 初次实现Ho3+离子的红光上转换发射. 在此基础上, 借助外延生长方法, 构建NaLuF4:Yb3+/Ho3+/Ce3+@NaLuF4:x%Yb3+核壳纳米晶体结构, 通过构建核壳结构及改变壳层中Yb3+离子的掺杂浓度, 实现Ho3+离子红光发射增强. 并根据其发射光谱及动力学过程, 对其增强机理进行讨论. 希望通过这种方法实现更强的红光发射, 为进一步扩大其在生物医学成像、防伪和颜色显示中的应用提供新的途径及实验依据.
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2.1.样品制备
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2.1.1.实验原料
-->实验中使用的所有化学药品均为分析纯, LuCl3 (99.99%), YbCl3 (99.99%), HoCl3 (99.99%), CeCl3 (99.99%)和十八烯均从麦克林生化科技有限公司购买; NaOH (≥96.0%)、NH4F (≥96.0%)、环己烷、乙醇、甲醇由国药集团化学试剂有限公司生产; 油酸来自阿法埃莎公司.
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2.1.2.NaLuF4:20.0%Yb3+/2.0%Ho3+/12.0%Ce3+纳米晶体的制备
-->以高温共沉淀法合成NaLuF4:Yb3+/Ho3+/Ce3+纳米晶体[25]. 具体制备过程如下: 首先, 将30.0 mL十八烯和12.0 mL油酸加入到三口烧瓶中, 并将称量好的RECl3 (RE = Y, Yb, Ho, Ce)按一定比例加入. 随后在160 ℃下反应1 h形成淡黄色溶液, 待温度降到90 ℃后, 分别将配好的20.0 mL NaOH和NH4F甲醇溶液缓慢加入到三口瓶中, 并在30 ℃下保持1 h, 随后升温到60 ℃同时配合真空泵将多余的甲醇气蒸发掉, 抽真空30 min后将温度升高到300 ℃反应1 h, 最后将反应液冷却到室温并离心得到白色沉淀样品. 整个样品溶液制备过程均在氩气环境下完成.
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2.1.3.NaLuF4:20%Yb3+/2%Ho3+/12%Ce3+@NaLuF4:x%Yb3+核壳纳米晶体的制备
-->NaLuF4:20%Yb3+/2%Ho3+/12%Ce3+@NaLuF4:Yb3+核壳纳米晶体的制备方法与制备NaLuF4:Yb3+/Ho3+/Ce3+的纳米晶体流程完全相同. 首先将上述制备1 mmol NaLuF4:Yb3+/Ho3+/Ce3+的纳米晶体加入到三口瓶中, 加入30.0 mL十八烯, 12.0 mL油酸充分搅拌1 h, 再将称量好的RECl3 (RE = Lu, Yb, Ho)加入, 后续过程均与制备NaLuF4:Yb3+/Ho3+/Ce3+的纳米晶体完全相同. 待反应结束后, 便可获得具有不同掺杂浓度NaLuF4:20%Yb3+/2%Ho3+/12%Ce3+@NaLuF4:Yb3+核壳纳米晶体.
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2.2.样品表征和光谱测量
-->样品的晶体结构及形貌采用X射线衍射议(XRD, Rigaku/Dmax-rB, Cu Ka irradiation, λ = 0.15406 nm)及透射电子显微镜(TEM)对其表征. 光谱测量: 激发光源为Verdi 10抽运的钛宝石激光器 (MBR-110, 波长范围: 700—1000 nm)和半导体固体激光器(波长为980 nm). 光谱采集和记录用焦距为0.75 cm的三光栅单色仪 (SP2750i)与CCD系统 (ACTON, PIXIS/00)共同完成, 其荧光寿命采用是980 nm脉冲激光器、光电倍增管及示波器来完成. 测量时根据光谱采集需要选用合适的滤波片, 且所有光谱学测试均在室温中进行.
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3.1.晶体结构及形貌
-->图1为NaLuF4:20.0%Yb3+/2.0%Ho3+/12%Ce3+及NaLuF4:20.0%Yb3+ /2.0%Ho3+/ 12.0%Ce3+@ NaLuF4:x%Yb3+ (x = 0, 5.0%, 10.0%, 15.0%)纳米晶体及核壳结构纳米晶体的XRD图谱. 从图1中可见: 所有制备样品的主衍射峰位置均与NaLuF4 (JCPDS card 27-0726)标准图一致, 表明其晶体结构均为六方相结构. 同时, 发现随着核壳结构的生成, NaLuF4:20.0%Yb3+/2.0%Ho3+/12.0%Ce3+@ NaLuF4:x%Yb3+核壳纳米晶体衍射峰的半高宽明显变小, 根据谢乐公式, 可证实核壳纳米晶体的尺寸明显增加了, 同时发现核壳纳米晶体的衍射峰强度也明显增强, 表明其纳米晶体的结晶度有所提高, 其原因可能是由于核和壳具有相似的晶体结构所致[26].
图 1 (a) NaLuF4:20.0%Yb3+/2.0%Ho3+/12.0%Ce3+纳米晶体核, (b)?(e) NaLuF4:20.0%Yb3+/2.0%Ho3+/12.0%Ce3+@ NaLuF4:x%Yb3+(x = 0%, 5.0%, 10.0%, 15.0%)纳米核壳结构的XRD图谱
Figure1. XRD patterns of (a) NaLuF4:20.0%Yb3+ /2.0%Ho3+/12.0%Ce3+ nanocrystals and (b)?(e) NaLuF4:20.0%Yb3+/2.0%Ho3+/12.0%Ce3+@ NaLuF4:x%Yb3+(x = 0%, 5.0%, 10.0%, 15.0%) core-shell nanocrystals.

图2分别为NaLuF4: 0%Yb3+/2.0%Ho3+/12.0%Ce3+及NaLuF4:20.0%Yb3+/2.0%Ho3+/12.0%Ce3+@ NaLuF4:xYb3+(x = 0, 5.0%, 10.0%, 15.0%)纳米晶体的TEM图. 由图2(a)可见, NaLuF4:20.0%Yb3+/2.0%Ho3+/12.0%Ce3+纳米晶体的形貌均为尺寸较为均一的球形, 其平均尺寸约为25 nm. 由图2(b)(d)可以发现NaLuF4:20.0%Yb3+/2.0%Ho3+/12%Ce3+@NaLuF4:x%Yb3+ (x = 0, 5.0%, 10.0%, 15.0%)核壳纳米晶体的形貌呈现出椭球状, 且样品的尺寸明显较大于核NaLuF4:20.0%Yb3+/2.0%Ho3+/12.0%Ce3+纳米晶体的尺寸, 其平均尺寸约为37 nm. 根据核壳纳米晶体形貌的变化, 发现其生长沿着某一方向生长, 结合XRD的结果, 证实样品是沿着[0001]方向生长. 尽管这三个样品掺杂不同的Yb3+离子浓度, 但由于其掺杂浓度相对较少, 其为同一化学性质元素的掺杂并且与Lu3+离子半径相差不大, 所以认为掺杂离子对其尺寸的影响不大
图 2 (a) NaLuF4:20.0%Yb3+/2.0%Ho3+/12.0%Ce3+纳米晶体和NaLuF4:20.0%Yb3+/2.0%Ho3+/12%Ce3+@ NaLuF4:x%Yb3+((b) 0, (c) 5.0%, (d)10.0%, (e) 15.0%)纳米核壳结构的TEM图谱
Figure2. TEM images and EDX spectra of (a) NaLuF4:20.0%Yb3+/2.0%Ho3+/12.0%Ce3+ nanocrystals and (b)?(e) NaLuF4:20.0%Yb3+/2.0%Ho3+/12.0%Ce3+@ NaLuF4: x%Yb3+ (x = 0, 5.0%, 10.0%, 15.0%) core-shell nanocrystals.

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3.2.上转换荧光发射
-->图3为在近红外980 nm激光激发下, NaLuF4:20.0%Yb3+/2.0%Ho3+/12.0%Ce3, NaLuF4:20.0%Yb3+/2.0%Ho3+/12.0%Ce3+@NaLuF4:x%Yb3+ (x = 0, 5.0%, 8.0%, 10.0%, 12.0%, 15.0%)纳米晶体的上转换发射图谱. 在本实验中, 主要选择NaLuF4:20.0%Yb3+/2.0%Ho3+/12.0%Ce3+纳米晶体为核, 即包覆的对象. 其原因主要是在前期实验过程中, 我们发现当Ce3+离子的掺杂浓度为12.0%时, 其红绿比最高, 这个结果在我们前期一些工作已经得到证实[27,28]. 在图3中, 可以清楚地观察到NaLuF4纳米晶体Ho3+离子的两个主要发射峰, 其较强的发射峰为其红光发射(646 nm), 源自于5F55I8能级辐射跃迁, 而较弱的绿光发射(540 nm)则主要源自于5S2/5F45I8能级跃迁[28]. 从图3中可见, 随着核壳结构的构成, 其样品的荧光发射强度均明显增强, 同时当壳层中的Yb3+离子的掺杂浓度从0%增加15%, 其发射强度则是先增加而后减小. 当Yb3+离子的掺杂浓度为10%时, 则Ho3+离子红光发射强度最强, 其强度相比于单一的NaLuF4:20.0%Yb3+/2.0% Ho3+/12.0%Ce3+纳米核增加了5.8倍, 如图3(B)所示. 从图3(C)中可以看出, Ho3+离子的红绿比也由原来的4.9增加到了5.6. 由此可见, 构建核壳结构不仅有效地提高Ho3+离子的红光发射强度, 且可进一步提高其红绿比, 使其更向红光区域迈进. 图4为其不同样品的CIE色度坐标图, 可清楚地证实其光谱颜色更加接近红光区域, 相应的色度坐标如表1所列.
图 3 在980 nm激发下, (a) NaLuF4:20.0%Yb3+/2.0%Ho3+/12.0%Ce3+和(b)?(e) NaLuF4:20.0%Yb3+/2.0%Ho3+/12.0%Ce3+@ NaLuF4:x%Yb3+ (x = 0%, 5.0%, 8.0%,10.0%, 12.0%, 15.0%)纳米晶体及核壳结构的上转换发射光谱(A)、增强因子(B)和红绿比(C)
Figure3. The upconverison emission spectra (A), enhancement factor (B) and red andgreen emission intensity ratio (R/G) (C) of (a) NaLuF4:20.0%Yb3+/2.0%Ho3+/12.0%Ce3+ nanocrystals and (b)?(e) NaLuF4:20.0%Yb3+/2.0%Ho3+/12%Ce3+@ NaLuF4:x%Yb3+ (x = 0%, 5.0%, 8.0%, 10.0%, 12.0%,15.0%) core-shell nanocrystals under 980 nm excitation.

图 4 (a) NaLuF4:20.0%Yb3+/2.0%Ho3+/12.0%Ce3+以及(b)—(e)NaLuF4:20.0%Yb3+/2.0%Ho3+/12.0%Ce3+@NaLuF4:x%Yb3+ (x = 0%, 5.0%, 10.0%, 15.0%) 纳米晶体及核壳结构的色度坐标图
Figure4. The CIE diagram with position of color coordinates of Ho3+ in (a) NaLuF4 nanocrystals and (b)-(e) NaLuF4@ NaLuF4:x%Yb3+ (x = 0%, 5.0%, 10.0%, 15.0%) core-shell nanocrystals.

Samples CIE chromaticity coordinates
x y
a (NaLuF4:20.0%Yb3+/2.0%Ho3+ /12.0%Ce3+) 0.5501 0.3891
b (NaLuF4:20.0%Yb3+/2.0%Ho3+/12.0%Ce3+@ NaLuF4) 0.5621 0.3786
c (NaLuF4:20.0%Yb3+/2.0%Ho3+/12.0%Ce3+@ NaLuF4: 5.0%Yb3+) 0.5643 0.3727
d (NaLuF4:20.0%Yb3+/2.0%Ho3+/12.0%Ce3+@ NaLuF4: 10.0%Yb3+) 0.5724 0.3692
e (NaLuF4:20.0%Yb3+/2.0%Ho3+/12.0%Ce3+@ NaLuF4: 15.0%Yb3+) 0.5756 0.3599


表1NaLuF4和NaLuF4@NaLuF4核壳纳米晶体的的CIE色坐标
Table1.The calculated CIE chromaticity coordinates (x, y) of Ho3+ in NaLuF4 nanocrystals and NaLuF4@ NaLuF4:x%Yb3+ (x = 0%, 5.0%, 10.0%, 15.0%) core-shell nanocrystals.

图5展示出Yb3+, Ho3+和Ce3+离子在核壳结构中相应的辐射跃迁及能量传递过程. 在NaLuF4:20.0%Yb3+/2.0%Ho3+/12.0%Ce3+纳米晶体中, 当以980 nm激发光激发时, Yb3+离子吸收激发光能量后传递给周围附近的Ho3+离子, 使其从基态通过不同的跃迁途径激发到5I6, 5F55S2/5F4激发态能级, 实现相应发射能级的粒子数布局. 当激发态5S2/5F45F5辐射跃迁到基态5I8能级时, 分别产生了绿光和红光发射. 事实上, Yb3+离子与Ho3+离子共掺杂的体系往往展现出较强的绿光发射及微弱的红光发射[29,30], 图3(A)中插图为NaLuF4:20.0%Yb3+/2.0%Ho3+纳米晶体的上转换发射光谱, 进一步证实Ho3+离子较强的绿光发射及微弱的红光发射.
图 5 Ho3+, Yb3+和Ce3+离子的能级图和可能的上转换跃迁机理
Figure5. Energy level diagrams of Ho3+, Yb3+, and Ce3+ions as well as proposed UC mechanisms.

然而, 当三价Ce3+离子进入到该体系后, 则观测到不同的光谱现象, 即随着掺杂Ce3+离子浓度增加, 其荧光发射开始由绿光向红光转变, 其原因主要是由于Ho3+和Ce3+离子之间发生明显交叉弛豫过程, 即5S2(5F4) (Ho3+) + 2F5/2 (Ce3+)→5F5 (Ho3+) + 2F7/2 (Ce3+)和 5I6 (Ho3+) + 2F5/2 (Ce3+) →5I7 (Ho3+)+2F7/2 (Ce3+)发生, 使得5S2/5F45F55I65I7这两个原本很难实现的无辐射弛豫跃迁发生并增强, 有效地增加5F5能级的粒子数布居, 实现Ho3+离子的荧光调控, 如图5所示[27,28]. 关于Ce3+调控的Ho3+的荧光的发射, 在我们前期工作中的均得到证实, 在此就不做详细的讨论[27,28]. 在前期的实验过程中, 发现尽管可通过增强Ce3+离子的掺杂浓度实现Ho3+离子的红光发射, 但是该过程同时伴有强烈的荧光衰减, 即Ho3+离子整体的荧光发射强度明显减弱, 不利后期的实际应用, 其原因主要由于Ho3+和Ce3+离子之间发生的能量传递, 导致其自身发射能量降低.
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3.3.构建核壳结构增强Ho3+离子的红光发射
-->综上, 为了进一步提高Ho3+离子的红光发射强度成为要解决的核心问题. 而目前采用较多技术方法就是构建核壳结构, 核壳结构可有效地抑制材料表面缺陷对发光中心的猝灭, 即可有效地降低无辐射弛豫几率, 从而实现荧光发射的有效增强[31,32]. 同时在制备的核壳结构的同时, 可实现壳与核中掺杂不同离子间能量传递及多层之间的远距离能量迁移[33]. 这些有利的途径便可有效地调控离子间的相互作用, 从而实现发光中心的荧光选择性调控. 从图3中可知, 采用外延生长所得到NaLuF4:20.0%Yb3+/2.0%Ho3+/12.0%Ce3+@NaLuF4纳米核壳结构的确实现Ho3+离子的荧光发射增强, 但增强的倍数并不明显. 为了有效实现其荧光的再次增强, 制备了具有掺杂不同Yb3+离子浓度的NaLuF4:20.0%Yb3+/2.0%Ho3+/12.0%Ce3+@ NaLuF4:x%Yb3+(x = 5.0%, 10.0%, 15.0%)纳米核壳结构, 借助壳中的Yb3+离子获取更多的激发能有效地传递给核中的Yb3+离子及Ho3+离子, 实现能量的二次补充, 同时所包覆的外壳也可有效地降低发光中心的无辐射弛豫, 从而实现Ho3+离子红光上转发射再次增强.
在上述的讨论中, 已根据图3的荧光发射光谱并结合图5对NaLuF4:20.0%Yb3+/2.0%Ho3+/12.0%Ce3+纳米晶体核的上转换跃迁机理进行了讨论. 然而, 当构建新的核壳之后, 并再次引入了Yb3+离子, 其势必会对原有的能量传递过程及不同辐射跃迁产生影响. 事实上, 根据图3(A)中Ho3+离子在不同结构中发射光谱可知, 当构建NaLuF4:20.0%Yb3+/2.0%Ho3+/12.0%Ce3+@ NaLuF4:x%Yb3+(x = 5.0%, 10.0%, 15.0%)纳米核壳结构后, 其Ho3+离子的上转换发射光谱除了其相对发射强度变化之外, 其他均没有变化. 可见, 核壳结构的建立, 并没有改变原有跃迁通道, 即绿光及红光的辐射跃迁通道还是保持不变, 只是其跃迁几率发生了变化. 其原因主要由于外壳中Yb3+离子与壳中Yb3+离子共同获取激发能并传递给周围的Ho3+离子实现其发光能级的粒子数布局. 因此, 核壳结构的构建主要是增加了Yb3+(壳)→Yb3+(核)→Ho3+(核)或者Yb3+(壳)→Ho3+(核)两条新的能量传递通道, 使得Ho3+离子获取更多激发能量, 弥补了Ho3+离子向Ce3+离子之间能量传递所造成自身荧光发射减弱, 从而实现荧光增强. 相似的实验结果在NaYF4:Yb3+/Er3+@ NaYF4:Yb3+纳米核壳结构中已得到证实[34]. 如图3(A)所示, 当外壳NaLuF4:x%Yb3+中的掺杂的Yb3+离子浓度从0%增加到10.0%时, 清楚地观察到了红光发射的增强. 然而, 当继续增加其掺杂浓度至15%时, 其红光发射则明显减小, 而红绿比却有所增加. 由此可见, 并不是获取的能量越多, 其发射就越强. 根据图5可见, 一旦当掺杂的Yb3+离子浓度增加过多时, 其获取的激发能是不能完全被核中的Yb3+离子及Ho3+离子所吸收, 可能会发生离子间的能量反向传递或者离子间交叉弛豫, 不仅不能实现的荧光发射增强, 反而使其减弱, 即: 浓度猝灭[35]. 同时, 离子间交叉弛豫的发生则可进一步改变不同发光能级的粒子数布局, 实现较高的红绿比.
为了进一步证明红色上转换荧光发射强度增强的现象, 在980 nm脉冲激光的激发下, 对NaLuF4:20.0%Yb3+/2.0%Ho3+/12.0%Ce3+@ NaLuF4:x%Yb3+纳米核壳结构的红光的荧光寿命进行测试, 如图6所示. Ho3+离子的红光衰减寿命曲线经双指数的拟合, 其平均衰减寿命为[36]:
图 6 在980 nm近红外激光的激发下, Ho3+离子掺杂NaLuF4和NaLuF4@ NaLuF4纳米晶体的红光上转换发射的寿命衰减曲线图
Figure6. Luminescence lifetimes of NaLuF4 and NaLuF4@NaLuF4 core-shell nanocrystals under 980 nm excitation at 654 nm.

$\bar \tau = (A_1t_1^2 + A_2 t_2^2)/({{{A_1}{t_1} + {A_2}{t_2}}}),$
A1A2均为常数, t1t2分别为上升沿及下降沿所对应的寿命. 从图6中可见, 随着核壳结构的构建及壳中Yb3+离子掺杂浓度的增加, 其Ho3+离子红光荧光寿命得到明显的增加, 通过(1)式计算所得Ho3+离子的红光荧光衰减寿命如表2所列. 因此, Ho3+离子红光发射寿命的增加也再次证实构建的核壳结构有效地提高了其红光的发射强度[36].
SamplesLifetime/μs
650 nm
a (NaLuF4:20.0%Yb3+/2.0%Ho3+ 12.0%Ce3+)97.4 ± 0.2
b (NaLuF4:20.0%Yb3+/2.0%Ho3+/12.0%Ce3+@ NaLuF4)125.4 ± 1.1
c (NaLuF4:20.0%Yb3+/2.0%Ho3+/12.0%Ce3+@ NaLuF4:5.0%Yb3+)136.3 ± 0.8
d (NaLuF4:20.0%Yb3+/2.0%Ho3+/12.0%Ce3+@ NaLuF4:10.0%Yb3+)184.2 ± 0.6
e (NaLuF4:20.0%Yb3+/2.0%Ho3+/12.0%Ce3+@ NaLuF4:15.0%Yb3+)144.4 ± 0.4


表2NaLuF4和NaLuF4@ NaLuF4核壳纳米晶体的红光发射的荧光寿命
Table2.Luminescence lifetimes of NaLuF4 and NaLuF4@NaLuF4 core-shell nanocrystals under 980 nm excitation at 650 nm

本文采用高温共沉淀法制备具有纯六方相的NaLuF4:20.0%Yb3+/2.0%Ho3+/12.0%Ce3+纳米晶体, 同时通过外延生长法构建具有不同Yb3+离子掺杂浓度的NaLuF4:20.0%Yb3+/2.0%Ho3+/12%Ce3+@ NaLuF4:x%Yb3+纳米核壳结构. 借助XRD及TEM对所制备的样品进行表征, 证实所得样品的晶体结构、形貌及尺寸, 同时也证实了核壳结构的构建. 在近红外光980 nm激发下, 实现Ho3+离子的红光发射的有效增强, 其增强倍数最高达5.8倍, 主要原因就是构建的核壳纳米结构有效地降低了其无辐射弛豫几率, 同时壳中掺杂的Yb3+离子有效地改变了Ho3+离子的能量传递通道, 使其可获得更多激发能, 增强发光中心的能量吸收, 最终通过吸收增强实现荧光的发射增强. 通过发光机理的研究, 证实了这种具有核壳结构的NaLuF4:20.0%Yb3+/2.0%Ho3+/12%Ce3+@ NaLuF4:10%Yb3+纳米晶体具有较强的红光发射, 可被应用于生物医学、防伪编码、多色显示等领域中.
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    本站小编 Free壹佰分学习网 2022-09-19
  • 酞菁晶体结构与荧光性质的压力调控
    摘要:酞菁是一种重要的有机光电材料,关于其晶体结构和光电性质间的内在关联尚存争议.本文利用高压原位拉曼散射光谱及荧光光谱技术对酞菁晶体在高压下的结构转变和光学性质进行了研究.当压力达到12.0GPa时,酞菁分子本身仍保持稳定,没有发生开环反应.酞菁晶体结构在压力作用下由α相逐渐转变为χ相,这一转变在 ...
    本站小编 Free考研考试 2021-12-29
  • 稀土永磁体及复合磁体反磁化过程和矫顽力
    摘要:稀土永磁体即使内秉性质相同,但矫顽力可能相差很大.本文以Pr-Fe-B磁体为例,从热激活反磁化即反磁化临界过程探讨决定矫顽力的关键因素.Pr-Fe-B晶粒表层缺陷区与晶粒内部耦合推动反磁化畴形核从而去钉扎,晶粒表层缺陷区的各向异性对克服晶粒内部势垒具有贡献,因此反磁化形核场和矫顽力大大降低.由 ...
    本站小编 Free考研考试 2021-12-29
  • 高功率单孔柱-孔汇聚传输结构的电磁粒子仿真
    摘要:柱-孔汇聚结构(PHC)附近高功率脉冲电流的损失是脉冲功率技术领域的研究热点,是研制下一代大型脉冲功率装置的技术瓶颈.本文建立了单孔柱-孔汇聚结构的3维仿真模型,采用粒子(PIC)仿真算法,分别在阴极发射电子以及阴极等离子体等情况下,计算了单孔柱-孔汇聚结构的电流传输特性,首次在仿真过程中考虑 ...
    本站小编 Free考研考试 2021-12-29
  • 单分子器件的拉伸与断裂过程第一性原理研究: 末端基团效应
    摘要:基于密度泛函理论,研究了含S以及含N末端基团的分子结的拉伸与断裂过程.计算结果显示,对于尖端为锥形的金电极,当末端基团为—S时,拉断分子结的作用力大小为0.59nN,大于H原子未解离的—SH从金电极上断裂所需的0.25nN作用力,但明显小于—S末端从平面金电极上断裂下来的约1.5nN的作用力. ...
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  • 氧化对单颗粒层纳米金刚石薄膜硅空位发光和微结构的影响
    摘要:制备了单个颗粒(domain)组成的纳米金刚石薄膜,薄膜中单个颗粒由尺寸超过100nm的金刚石晶粒与非晶碳复合而成.对薄膜进行氧化处理后,其硅空位色心的光致发光强度增强了22.7倍.扫描电镜及拉曼光谱测试结果表明,不同时间氧化后的样品中存在由尺寸超过100nm的晶粒组成的花瓣状金刚石聚集体,这 ...
    本站小编 Free考研考试 2021-12-29
  • 半导体黄光发光二极管新材料新器件新设备
    摘要:在可见光范围内,半导体发光二极管(LED)发展很不平衡,黄光LED光效(光功率效率)长期远低于其他颜色光效.本文基于GaN/Si体系,从材料生长、芯片制造、器件物理和专用装备等方面进行了系统研究,解决了外延膜龟裂、位错过多、量子阱应力过大、InGaN黄光阱材料相分离、空穴浓度不足、阱材料生长温 ...
    本站小编 Free考研考试 2021-12-29
  • 半导体极性界面电子结构的理论研究
    摘要:半导体电子结构的有效调控一直是人们长期关注的科学问题,也是主流半导体材料物性与器件设计的核心科学问题之一.传统栅极技术只能在小范围内改变半导体材料的带隙,作者从理论上通过人工设计半导体极性界面,产生约10MV/cm的內建电场,从而实现对Ge、InN等主流半导体带隙在0—2eV范围内的有效调控, ...
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  • 六方氮化硼表面石墨烯纳米带生长与物性研究
    摘要:石墨烯作为二维原子晶体家族的典型代表,由于其优异的物理与化学特性而受到学术界与工业界的广泛关注.石墨烯纳米带是宽度仅有几纳米到几十纳米的石墨烯.纳米带不但继承了石墨烯大部分优异的性能,而且具备可调控带隙、自旋极化边界态等石墨烯所不具有的新奇物理特性.这些特性使石墨烯纳米带成为未来探索石墨烯电子 ...
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  • 含缺陷碳纳米管及碳纳米豆荚静动力特性模拟研究
    摘要:采用分子动力学方法,对含双空位及多空位缺陷碳纳米管进行静动力特性模拟研究.首先讨论了双原子空位缺陷以及多原子空位缺陷对碳纳米管的准静态力学性质的影响,然后讨论了缺陷以及轴向预应力对碳纳米豆荚内C60分子振荡动力学的影响.研究表明,相对于无缺陷碳纳米管,含不同类型双原子空位缺陷碳纳米管的极限应力 ...
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  • Ti纳米粒子熔化与凝结的原子尺度模拟
    摘要:本文采用基于嵌入原子势的分子动力学方法模拟研究了不同尺寸Ti纳米粒子在熔化与凝结过程中的原子堆积结构变化.温度变化过程中对Ti纳米粒子中原子平均能量、对分布函数、键对和比热容的计算结果表明,粒子尺寸和温度变化方式对粒子的结构转变具有重要影响.小尺寸Ti粒子更易于形成二十面体构型.随着Ti纳米粒 ...
    本站小编 Free考研考试 2021-12-29