Yb~(3+),Er~(3+)和Tm~(3+)三掺YF_3/Y_2O_3纳米粉未的白色上转换发光研究

采用溶胶凝胶法,合成YF_3/Y_2O_3:Yb~(3+),Er~(3+),Tm~(3+)样品.通过TEM,XRD,Raman及荧光分光光度计对样品的形貌、物相及上转换发光进行表征.结果表明,在980nm激光激发下,Y_2O_3:Yb~(3+),Er~(3+),Tm~(3+)样品在Tm~(3+)掺杂浓度较低时,因Y_2O_3基质具有较大的声子能量,能够实现白色上转换发光.Y_2O_3:Yb~(3+),Er~(3+),Tm~(3+)纳米粒子有望在白色激光器、白色荧光粉及生物医学荧光标记等方面发挥更大的作用.     

Gd_2O_3:Yb~(3+),Er~(3+)纳米粒子的本征红色上转换发光

采用溶胶凝胶法合成Gd_2O_3:Yb~(3+),Er~(3+).实验结果表明,在980nm激光激发下,Yb~(3+)含量仍为1mol%,仅当Er~(3+)含量增加时,样品发光颜色由绿色略向黄色区域移动;维持Er~(3+)含量为1mol%,样品上转换发光颜色随Yb~(3+)含量增加由绿色经黄色向红色区域移动.Gd_2O_3:Yb~(3+),Er~(3+)纳米粒子有望作为纯红色上转换发光材料应用于激光器,也可以用于生物荧光标记.     

Yb~(3+)/Er~(3+)/Tm~(3+)三掺YF_3上转换发光性质的研究

以氟化钇(YF_3)为基质材料,采用共沉淀法合成了YF_3:Yb~(3+)/Er~(3+)/Tm~(3+)上转换发光材料。采用X射线衍射仪(XRD)、热重差热分析仪(DTA)和荧光光谱分析对材料的物相结构、烧结温度和发光性质进行了研究。结果表明,掺入稀土离子没有改变YF3晶体结构,在980nm近红外波长激发下,出现了多个波段的发光现象,Yb~(3+)、Er~(3+)、Tm~(3+)不同的掺杂量分别对应于材料不同的发光规律。本文还探讨了上转换发光机制,确定了该体系荧光粉的最佳烧结温度。     

Zn~(2+)-Er~(3+)-Yb~(3+)共掺杂Y_2O_3上转换发光性质的研究

利用固相反应法制备了Zn~(2+)-Er~(3+)-Yb~(3+)共掺的Y2O3红色上转换荧光粉,研究了Zn~(2+)的掺杂量对上转换发光性质的影响.结果表明,上转换荧光强度随着Zn~(2+)掺杂量增加而增加.Zn~(2+)掺杂量为12%的样品的红光强度比无Zn~(2+)掺入的样品红光强度提高14倍.通过对光谱的分析,解释了上转换发光机理,并对上转换发光增强的原因进行了讨论.     

水溶性β-NaYF_4:Yb~(3+),Tb~(3+)@β-NaYF_4核壳纳米颗粒的上转换荧光增强

利用酸洗改性对共沉淀法制得的油性β-NaYF_4:Yb~(3+),Tb~(3+)@β-NaYF4纳米颗粒进行改性处理,获得水性β-NaYF4:Yb~(3+),Tb~(3+)@β-NaYF4纳米颗粒.表征了制得样品的形貌和上转换荧光特性.结果表明制得的样品分散性好,形貌均一.在相同掺杂浓度和溶液浓度下,水性β-NaYF_4:Yb~(3+),Tb~(3+)@β-NaYF4纳米颗粒溶液的上转换荧光强度比油性β-NaYF4:Yb~(3+),Tb~(3+)@β-NaYF_4和水性β-NaYF4:Yb~(3+),Tb~(3+)纳米颗粒溶液的双光子上转换荧光分别增强了1.1倍和37倍,三光子上转换荧光分别增强了1.5倍和3.9倍.水性β-NaYF4:Yb~(3+),Tb~(3+)@β-NaYF_4纳米颗粒外层存在隔离壳层,导致改性处理既去除了油酸又获得较强的上转换荧光.     

金纳米棒对β-NaYF_4:Er~(3+),Yb~(3+)@SiO_2纳米颗粒上转换发光的表面等离子增强

采用晶种法合成了金纳米棒和共沉淀法制备了β-NaYF_4:Er~(3+),Yb~(3+)@SiO_2上转换纳米发光材料,并利用St9ber法制备了可溶于水的β-NaYF_4:Er~(3+),Yb~(3+)@SiO_2@SiO_2纳米颗粒.利用上转换荧光光谱研究了不同浓度的金纳米棒对β-NaYF_4:Er~(3+),Yb~(3+)@SiO_2上转换红光(655 nm)和绿光(540,520 nm)发射的影响.得到当金纳米棒颗粒的掺杂浓度为0.03%时,对β-NaYF_4:Er~(3+),Yb~(3+)@SiO_2的上转换发光增强最大.红光和绿光的最大增强因子分别为2.75和1.66.通过调控金纳米棒加入量,可以调节材料的上转换红绿光比.因此,这种纳米复合材料可以作为生物荧光标记,在很大程度上提高生物鉴定准确性,在生物医学检测等方面有着重要的应用前景.     

水分散性发红光Mn~(2+)掺杂NaYF_4:Yb~(3+)/Er~(3+)上转换纳米粒子的合成

以稀土硝酸盐为原料,采用水热法合成油酸包覆的发红光Mn~(2+)掺杂NaYF_4:Yb~(3+)/Er~(3+)(Mn~(2+)doped-NaYF_4:Yb~(3+)/Er~(3+))上转换纳米粒子,然后以曲拉通磷酸酯为亲水性配体,通过配体交换法将油酸包覆的油分散性Mn~(2+)doped-NaYF_4:Yb~(3+)/Er~(3+)上转换纳米粒子转变成曲拉通磷酸酯包覆的水分散性纳米粒子.随后采用透射电子显微镜(TEM)、动态光散射仪(DLS)、X射线衍射仪(XRD)、荧光分光光度计、傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)及热重分析仪(TGA)对合成样品进行表征.结果表明:曲拉通磷酸酯包覆的Mn~(2+)doped-NaYF_4:Yb~(3+)/Er~(3+)上转换纳米粒子平均粒径为19.54 nm,具有良好的水分散性.     

银岛膜对单个β-NaYF_4:Yb~(3+)/Er~(3+)晶体颗粒上转换荧光增强效应的研究

采用水热法制备了六方相NaYF_4:Yb~(3+)/Er~(3+)(β-NaYF_4:Yb~(3+)/Er~(3+))微米晶体颗粒,并基于银岛膜(Ag film)衬底构建了一种Ag film/β-NaYF_4:Yb~(3+)/Er~(3+)微纳复合体系.通过扫描电子显微镜、场发射电子显微镜及X射线衍射仪对样品的形貌及晶体结构进行表征.实验结果表明,NaYF_4:Yb~(3+)/Er~(3+)微米晶体均为六方相晶体结构的六角盘.采用共焦显微测试系统,在980 nm激光激发下,系统研究了Ag film/β-NaYF_4:Yb~(3+)/Er~(3+)微纳复合体系中单个微米晶体上转换荧光强度与银岛膜的厚度依赖关系.结果发现:单颗粒β-NaYF_4:Yb~(3+)/Er~(3+)微米晶体的上转换荧光强度随着银岛膜的厚度增加而明显增大.根据理论推导及相应数值模拟得出,影响其荧光增强主要因素是由于银岛膜的反射效应和其表面附近的局域电磁场增强效应所导致.由此可见,构建这种新型结构可为增强单个微米颗粒的上转换荧光发射提供新的途径,为进一步拓展稀土微纳晶体的实际应用提供实验依据.     

SiO_2-Bi_2O_3-BaF_2-AlPO_4玻璃掺杂Ho~(3+)/Tm~(3+)/Yb~(3+)的发光性能

以铋硅酸盐玻璃(SiO_2-Bi2O_3-BaF_2-AlPO_4)为基质,通过掺杂Ho~(3+)、Tm~(3+)、Yb~(3+)稀土离子,制备激光波长为2μm的光纤激光器。对玻璃的声子能量、物理和光学性能进行了研究,确定基质配方为50SiO_2-40Bi_2O_3-5BaF_2-5AlPO_4(SBBA,其中化学式前的系数为对应物质的摩尔分数,下同)。在玻璃基质中分别掺杂0.5Ho_2O_3-2.0Yb_2O_3(HY)、0.5Ho_2O_3-0.5Tm_2O_3-2.0Yb_2O_3(0.5HTY)及0.75Ho_2O_3-0.75Tm_2O_3-3.0Yb_2O_3(0.75HTY),研究了980nm激发波长下样品的吸收、发射光谱和Judd-Oflet理论光谱参数。研究发现SBBA-0.75HTY中Ho~(3+)的吸收截面、发射截面(σem)、FWHM(半峰宽)×σem数值最大,分别为7.38×10~(-21)、10.54×10~(-21) cm~2和19.71×10~(-26) cm~3。掺入Tm_2O_3改善了玻璃激光器性能,且当Yb~(3+)/Tm~(3+)/Ho~(3+)物质的量之比一定时,增加稀土离子含量,可加强红外发光及增益效果。     

Dy~(3+)对NaLaF_4:Yb~(3+)/Er~(3+)/Dy~(3+)双功能纳米晶的上转换发光及顺磁性调制作用

利用热溶剂法制备NaLaF_4:Yb~(3+)/Er~(3+)/Dy~(3+)光磁双功能纳米晶。结合能级跃迁图,阐述Dy~(3+)的6FJ和6HJ系列能级与Er~(3+)之间的能量传递及由此引起的特殊光调制现象。研究结果表明:样品在波长为980nm的红外光子激发下可以发射中心波长为522nm和547nm的绿光;随着激发光功率增大,绿光发射强度也相应增强;调节Dy~(3+)的掺杂摩尔百分比,可以同时调制样品的上转换发光和顺磁特性;随着Dy~(3+)的摩尔百分比从0增加到5%,样品的522nm发光相对于547nm发光峰逐渐增强;若进一步增加Dy~(3+)的摩尔百分比到10%,其相对强度反而减弱。随着Dy~(3+)的摩尔百分比从0增大到10%,样品的顺磁性单调提升,但伴随着总体发光强度衰减。     

776nm近红外光激发下NaY(WO_4)_2:Dy~(3+),Ho~(3+)上转换发光粒子的光学特性

采用水热法制备出NaY(WO+4)+2:Dy~(3+),Ho~(3+)上转换荧光材料。通过X线粉末衍射、扫描电子显微镜、激发光谱以及发射光谱对该材料特性进行表征。研究Dy~(3+)与Ho~(3+)的掺杂比例及退火温度对上转换发光效果的影响,并确定了最佳反应条件。探讨Dy~(3+)与Ho~(3+)的能量传递过程及上转换发光机制。研究结果表明:通过776 nm近红外光激发NaY(WO+4)+2:Dy~(3+),Ho~(3+),观察到Dy~(3+)的480 nm处蓝光发射峰以及577 nm处的黄光发射峰。其中蓝光主要来自于Dy~(3+)的~4F_(9/2)→~6H_(15/2)跃迁,黄光由Dy~(3+)的~4F_(9/2)→~6H_(13/2)跃迁产生。     

Yb~(2+)掺杂对荧光粉BaMgSiO_4:Eu~(2+)发光性能的影响

利用高温固相法制备了Yb~(2+)掺杂Ba Mg Si O4:Eu~(2+)荧光粉,通过XRD和光致发光光谱分别对其物相和发光性能进行表征.结果表明:Ba Mg Si O4:Eu~(2+),Yb~(2+)为单一基质的荧光粉,激发光谱主要由220~400 nm和400~451 nm两个宽峰组成;在373 nm激发下,样品Ba Mg Si O4:Eu~(2+),Yb~(2+)表现出两个宽带发射,分别位于440 nm和500 nm处,属于Eu~(2+)的特征跃迁4f65d→4f7;Yb~(2+)掺杂使样品的主发射峰由440 nm转变为500 nm,发光强度随着Yb~(2+)掺杂量的增加先增强后减弱,而440 nm发射强度逐渐下降;Yb~(2+)取代Ba~(2+)的最佳量为0.02 mol,其色坐标为(0.1433,0.3344).所得样品可应用于UV-白光LED领域中.     

稀土离子掺杂LaAlO_3:RE(RE=Dy~(3+),Ho~(3+),Er~(3+))荧光粉的发光性能

采用溶胶凝胶法合成La_(1-x)AlO_3:xRE(RE=Dy~(3+),Ho~(3+),Er~(3+))荧光粉,对样品进行X射线粉末衍射(XRD)、透射电镜(TEM)以及荧光光谱(PL)等表征,探讨稀土离子的掺杂浓度对样品发光性能的影响。研究结果表明,合成的样品为三方晶体结构。在λex=354nm光激发下,Dy~(3+)位于482nm和576nm处的两个发射尖峰,分别归属于4F9/2→6 H15/2和4F9/2→6 H13/2的能级跃迁;在λex=454nm光激发下,Ho~(3+)位于545nm处的发射峰,归属于(5S2,5F4)→5I8的能级跃迁;而在λex=381nm光激发下,Er~(3+)在535nm和549nm的两个尖锐峰,分别归属于2 H11/2→4I15/2和4S3/2→4I15/2的能级跃迁。在合成的样品中,Dy~(3+)的最佳掺杂浓度为x=0.01,荧光体发射白光,Ho~(3+)与Er~(3+)的最佳掺杂浓度均为x=0.015,荧光体均发射绿光。     

Eu~(3+)和Yb~(3+)掺杂的近红外发光材料的制备及荧光性能

采用溶胶-凝胶法制备了系列近红外发光材料Y_(1.98-x)Yb_xEu_(0.02)O_3(其中x=0,0.01,0.02,0.04,0.06,0.10),并采用X射线衍射仪(XRD)、荧光光谱(PL)等测试方法、技术对样品的物相结构和发光特性进行了表征及测试.结果表明:Eu~(3+)和Yb~(3+)掺杂的荧光粉中,Eu~(3+)和Yb~(3+)部分取代了Y~(3+),并占据其晶格位置,而对Y_2O_3的立方相晶体结构未产生显著影响;在466 nm波长(Eu~(3+)的特征激发峰)激发下,在可见光区及近红外光区可观察到较强的发射光谱,其中,Y_(1.94)Yb_(0.04)~(3+)Eu_(0.02)~(3+)O_3在近红外光区发光效率最高.采用溶胶-凝胶法制备出Eu~(3+)和Yb~(3+)掺杂的新型荧光材料,可将硅太阳能电池吸收较弱的高能光子转换成吸收较好的近红外光子,可有效解决太阳光谱与硅太阳能电池光电响应之间存在的光谱失配问题.     

两亲配体包覆法制备水溶性Mn~(2+)掺杂NaYF_4:Yb~(3+)/Er~(3+)纳米粒子

采用水热法,以稀土硝酸盐为原材料合成了油酸(OA)包覆的Mn~(2+)掺杂Na YF_4:Yb~(3+)/Er~(3+)(Mn~(2+)dopedNa YF_4:Yb~(3+)/Er~(3+))纳米粒子(UCNPs),然后将氨基修饰的聚乙二醇与聚马来酸酐十八烯反应生成的两亲性聚合物m PEG-PMAO作为亲水性配体,通过两亲配体包覆法制备具有水溶性的Mn~(2+)掺杂Na YF_4:Yb~(3+)/Er~(3+)纳米粒子.随后采用透射电子显微镜(TEM)、动态光散射仪(DLS)、X射线衍射仪(XRD)、荧光分光光度计、傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)及热重分析仪(TGA)对合成的样品进行了表征.结果表明,m PEG-PMAO聚合物包覆的Mn~(2+)掺杂Na YF_4:Yb~(3+)/Er~(3+)纳米粒子具有较好的水分散性,且粒子的平均粒径约为17.25 nm.     

Er~(3+)-Yb~(3+)共掺铝酸钆荧光粉的制备及发光性能

采用溶胶凝胶法合成了单一晶相的铝酸钆(GdAlO3:Yb3+,Er3+)荧光粉体,通过X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)表征了其物相,研究了不同Yb3+离子掺杂浓度下样品在氙灯激发下的正常发光及其在980nmLD激光泵浦下的上转换发光性能。     

Ho~(3+)/Yb~(3+)和Er~(3+)/Yb~(3+)共掺氟氧化物玻璃的上转换发光

研究了Ho3+/Yb3+和Er3+/Yb3+共掺氟氧化物玻璃的上转换发光性质.结果表明,在980 nm近红外激光激发下,Ho3+/Yb3+和Er3+/Yb3+共掺样品都呈现了强烈的上转换红光和绿光发射.随着Ho3+和Er3+浓度的增加,红光和绿光的强度都先增大后减小,x≈0.1%时发光强度达到最大,而后逐渐减小,它们的最佳掺杂量分布在低浓度区域.上转换发光强度和激发光功率的关系表明上转换红光和绿光发射都是双光子的吸收过程.     

稀土离子掺杂硼硅酸盐玻璃上转换发光性能研究

采用高温固相法分别合成了单掺铕、铕铒共掺、铕镱铒共掺以及铒钬共掺的硼硅酸盐玻璃,研究了掺杂离子的掺杂浓度对荧光强度的影响,并详细分析了不同离子掺杂的硼硅酸盐玻璃的上转换发光机理.在泵浦波长为978nm时,硼硅酸盐玻璃呈现橙红色光(590nm,Eu~(3+)的5 D0→7F1跃迁),红色光(610nm,Eu~(3+)的5 D0→7F1跃迁;695nm,Eu~(3+)的5 D0→7F4跃迁),绿色光(552nm,Ho~(3+)的5S2→5I8及Er~(3+)的4S3/2→4I15/2跃迁).研究表明:Er~(3+)作为激活剂,Eu~(3+)与Er~(3+)之间存在能量传递,Yb~(3+)做了敏化剂,增加了Er~(3+)的上转换发光效率,Ho~(3+)与Er~(3+)之间存在着能量传递.     

功能性上转换纳米颗粒NaYF4:Yb/Tm用于潜在的荧光成像和pH响应药物递送

为拓展稀土掺杂上转换纳米粒子(UCNPs)独立用于药物载体及对于癌细胞的靶向性识别功能,我们采用简单的溶剂热法,通过调节溶剂热的时间和温度、添加剂以及表面活性剂的用量一步合成生物相容性较好的上转换纳米粒子.合成具有形貌、粒径可调节的高均匀性和分散性的UCNPs.研究了NaYF_4:Yb~(3+)/Tm~(3+)的合成条件,获得最佳尺寸(约300 nm)及形貌的NaYF_4:Yb~(3+)/Tm~(3+)纳米粒子.探讨其荧光性质,发现其在980 nm光激发下的强蓝色发射可用于荧光成像,证明我们合成的UCNPs可作为上转换荧光的发光中心.对最优NaYF_4:Yb~(3+)/Tm~(3+)纳米粒子进行药物(DOX)递送测试,发现该药物可以实现pH响应释放.至此,我们成功合成同时具有载药及pH响应释放功能的上转换纳米粒子,实现荧光成像引导下的诊疗一体化功能,拓展UCNPs的独立应用范围.     

Yb~(3+)-Er~(3+)共掺杂的NaYF_4微/纳晶体的制备与上转换荧光

利用水热法制备了Yb3+-Er3+共掺杂的Na YF4微纳/米晶体.氟离子与稀土离子的浓度比对微晶的相及形貌有明显的影响.低浓度比有利于形成立方相的Na YF4,样品呈球形及八面体形;高浓度比有利于形成六角相的Na YF4,样品呈六角碟状或棒状的外形.在980 nm的红外激光激发下,样品辐射红色及绿色上转换荧光,荧光的强度依赖于晶体的相结构及形貌.另外,对晶体的生长机理及上转换发光性质也进行了讨论.