1 中国科学院长春应用化学研究所 稀土资源利用国家重点实验室, 吉林 长春 130022
2 中国科学技术大学 应用化学与工程学院, 安徽 合肥 230026
近年来,近红外荧光粉转换发光二极管(NIR pc-LED)在夜视、生物成像和无损检测等领域引起了广泛关注。然而,获得兼具高量子效率和优异热稳定性的近红外荧光粉仍然是一个巨大挑战。本文利用高温固相法合成了一种新型近红外荧光粉BaY2Al2Ga2SiO12∶Cr3+(BYAGSO∶Cr3+),并系统研究了材料的结构和发光性质。在440 nm蓝光激发下,BYAGSO∶Cr3+荧光粉的发射光谱在650~850 nm范围内呈现锐线和宽带的混合发射,源于Cr3+:2E→4A2自旋禁戒跃迁和4T2→4A2自旋允许跃迁发射。该近红外发光表现出可观的量子效率和良好的热稳定性,最优化样品的外量子效率可达30.3%,在200 ℃时样品的发光强度可保持其在室温时强度的99%。通过将BYAGSO∶Cr3+荧光粉与450 nm蓝光LED芯片结合,我们封装了一个NIR pc-LED器件。该器件在300 mA驱动电流下,输出功率为70.83 mW;在20 mA驱动电流下,光电转换效率为11.20%。研究结果表明,BYAGSO∶Cr3+在NIR pc-LED领域具有良好的应用前景。
近红外发射 Cr3+ 热稳定性 量子效率 荧光粉转换发光二极管 near-infrared emission Cr3+ thermal stability quantum efficiency NIR pc-LED
1 南开大学现代光学研究所,天津 300350
2 天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室,天津 300350
上转换发光即发射光子能量高于激发光子能量的反斯托克斯过程,可以有效实现能量重整与转化,在生物成像、太阳能电池、光催化及光制冷等方面有着巨大应用前景。作为后摩尔时代战略性新材料,二维材料由于激子偶极矩强度大、线宽窄、无序性低、束缚能高等优势,为实现室温高效激子上转换发光创造了有利条件,近年来吸引了研究者的广泛兴趣。本文首先介绍实现光子上转换的发光机制,包括声子辅助、双光子吸收、俄歇复合等途径,进而梳理基于六方氮化硼、单层过渡金属二硫化物、二维钙钛矿等典型二维材料体系的上转换发光效应研究,同时针对上转换发光效率低的问题,讨论对二维材料上转换发光的调控和增强方式,最后展望二维材料体系激子上转换发光效应的应用前景。
上转换发光 材料 二维材料 激子 非线性光学 激光与光电子学进展
2024, 61(3): 0316007
强激光与粒子束
2023, 35(12): 121005
1 青海大学 机械工程学院,青海 西宁 810016
2 中国地质大学(北京) 材料科学与工程学院,北京 100083
采用高温固相法合成了一种新型的Yb3+和Ho3+共掺杂的Ba3In(PO4)3上转换荧光粉,并研究了其晶体结构、上转换发光及能量传递机制。在980 nm激光激发下,Yb3+吸收能量并传递至Ho3+;此外,激光功率对于荧光粉发光颜色无明显影响,发光颜色主要集中在橙黄色区域(0.543,0.452)。测得0.05Yb3+和0.032Ho3+掺杂的荧光粉的荧光寿命约为467.61 μs。还测量了该荧光粉温度依赖的发光光谱,并计算了其用作光学温度计的绝对灵敏度(Sa)和相对灵敏度(Sr)。结果表明,该荧光粉具有良好的热稳定性,423 K时的发射强度仍保持在室温的81.68%,5S2,5F4→5I8、5F5→5I8跃迁的ΔE分别约为0.19 eV和0.27 eV。此外,其Sa和Sr最大值分别为0.31%·K-1和0.09%·K-1(573 K)。
荧光粉 上转换发光 温度传感性能 phosphor up-conversion luminescence temperature sensing performance
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 发光学及应用国家重点实验室,吉林 长春 130033
2 中国科学院大学,北京 100049
提高上转换发光效率是促进上转换发光材料实际应用的关键。在NaErF4@NaYF4体系中,惰性NaYF4壳层可以抑制高组分Er3+掺杂下的发光浓度猝灭,其上转换发光主要来源于Er3+⁃Er3+的能量传递上转换。本文利用共沉淀法制备了Er3+和Yb3+分区掺杂的NaErF4@NaYbF4@NaYF4核壳结构的纳米颗粒,通过包覆惰性壳层研究Er3+⁃Yb3+⁃Er3+之间的能量传递和反向能量传递过程。由于808 nm波长只能激发Er3+而不能激发Yb3+,因此在808 nm波长激发下,Er3+在惰性壳层的保护作用下将激发态能量传递给Yb3+,随后通过反向能量传递回Er3+,使得Er3+的上转换发光增强。实验结果发现,当中间层Yb3+掺杂浓度为100%时,绿色和红色上转换发光最大增强倍数为24.9和9.79。
稀土纳米材料 上转换发光 反向能量传递 β-NaErF4 rare earth nanoparticles upconversion luminescence back energy transfer β-NaErF4
1 江南大学化学与材料工程学院,江苏 无锡 214122
2 陕西师范大学材料科学与工程学院,陕西 西安 710119
上转换粒子(UCPs)辅助近红外光聚合(UCAP)作为一种新型光聚合方法在聚合化学中显示出潜在的应用价值,UCPs的上转换发光效率是影响其光聚合效率的关键因素。利用乙二胺四乙酸(EDTA)辅助的水热法合成了一系列NaYbF4∶Tm3+微晶体,探究了氟化钠(NaF)和EDTA含量、敏化剂掺杂比例以及水热温度对UCPs的形貌以及上转换发光强度的影响,并进一步研究了UCPs对近红外光聚合行为的影响。研究结果表明:氟源的加入会促进产物的相变并使长径比增大,适量的氟源可以增强上转换发光;此外,降低敏化剂掺杂浓度、提高反应温度以及降低配体的含量都可以在一定程度上增强UCPs的荧光强度。研究发现,增加近红外光光强可以有效提升粒子的荧光强度和紫外发射波段的占比,从而获得更快的聚合速率以及更高的官能团转化效率。最后,将最优条件下合成的UCPs应用于近红外光固化墨水直写3D打印,展现了其在3D打印领域的应用潜力。
上转换发光 水热法 光聚合 近红外光 3D打印 激光与光电子学进展
2023, 60(21): 2116004
1 北京大学 化学与分子工程学院,稀土材料化学及应用国家重点实验室,北京大学⁃香港大学稀土材料与生物无机化学联合实验室,北京分子科学中心,北京 100871
2 兰州大学 化学化工学院,甘肃 兰州 730000
近年来,将近红外光转换为短波长的可见或近红外光的稀土纳米晶上转换发光研究吸引了生物成像、纳米温度传感、太阳能电池等领域研究者的广泛关注。面向多领域的应用需求,稀土纳米晶上转换发光需提高其发光强度、发光波长以及激发波长的选择性。本文综述了纳米尺度上,通过组成、结构以及核壳结构的设计,在理解上转换发光过程的能量传递路径和上转换发光过程的基础上,提高对上转换发光的颜色、各跃迁的比例以及发光强度、发光寿命等调控的研究进展。此外,还关注了纳米晶与贵金属表面电场、表面有机分子以及环境温度的耦合在提高辐射跃迁几率、减少无辐射能量损失等方面提高其上转换发光强度的研究发展趋势。
稀土纳米晶 上转换发光 核壳结构 rare earth nanocrystals upconversion emission core/shell structure