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我校重点实验室在稀土上转换荧光材料方向取得研究进展
发布时间:[2018-09-05] 作者:[科技处] 来源:[新闻中心] 访问:[]

近日, 江西省稀土荧光材料及器件重点实验室完成的研究论文“Color Tunable Upconversion Luminescence, Multiple Temperature Sensing and Optical Heating Properties of Ba3Y4O9:Er3+/Yb3+ Phosphors”(第一作者为硕士生刘水富,通讯作者叶信宇教授)被美国化学学会旗下期刊Journal of Physical Chemistry C(SCI二区TOP期刊,IF=4.484)接受发表。至此,实验室一年来已在J. Am. Ceram. Soc., J. Phys. Chem. C, J. Alloys Compd., J. Mater. Sci., Mater. Res. Bull.等SCI 2区以上期刊上发表稀土上转换荧光材料研究方向论文5篇,影响因子总和达到17.085,并申请了国家专利2项。

上转换发光是指吸收两个或多个低能量的光子释放出一个高能量的光子的过程。由于具有这种独特的光学性能使上转换发光材料在生物荧光标记、防伪识别、光学数据存储和温度传感等领域存在巨大的潜在应用价值。在国家自然科学基金(51304086)的研究过程中,叶信宇教授课题组发现了Ba3Ln4O9、SrLu2O4两个可能作为发光材料的重要中间物相,在此基础上陆续发明了Er3+/Yb3+, Ho3+/Yb3+和Tm3+/Yb3+掺杂Ba3Ln4O9(Ln = Lu, Sc, Y)和Er3+/Tm3+/Yb3+掺杂SrLu2O4系列上转换荧光粉。在980 nm激光激发下,Er3+/Yb3+、Ho3+/Yb3+和Tm3+/Yb3+掺杂Ba3Ln4O9(Ln = Lu, Sc, Y)荧光粉分别产生了强烈的红光、绿光和蓝光发射。其中Ho3+/Yb3+掺杂荧光粉相比于其他荧光粉展现出更高色纯度的绿光发射,表明该荧光粉在绿光显示领域存在较大的应用价值。通过调节Er3+/Tm3+/Yb3+掺杂SrLu2O4荧光粉的离子掺杂浓度可精确调控实现高质量白光发射。为进一步增强上转换发光,创新地提出F-作为掺杂离子裁剪发光中心周围局域晶体场,增加辐射跃迁概率。研究表明F-掺杂不仅可以增强上转换发光,还可以提高材料温度灵敏度,并且可以通过调控F-掺杂浓度实现由黄光到红光的光色调节。在Er3+/Yb3+掺杂的Ba3Y4O9荧光粉中,观察到由于Er3+的能级劈裂形成了Stark能级导致光谱发生明显的劈裂。基于这些Stark能级,采用荧光强度比技术进行了温度传感的研究发现基于Stark能级达到的测温灵敏度显著高于传统热耦合能级的测温灵敏度。尤其是在低温条件下(73-273 K),基于Stark能级的测温灵敏度比传统热耦合能级的测温灵敏度提高了近12倍,有效地解决了传统热耦合能级在低温条件下测温灵敏度低的问题。进一步研究多声子无辐射弛豫引起的光热效应发现通过调控激发功率可以实现材料温度的精确控制。因此结合温度传感和光热性能,材料有望作为光热药剂,实现在癌症光热疗法上的应用。上述研究成果表明稀土离子掺杂的Ba3Ln4O9和SrLu2O4荧光材料具有优良的上转换发光性能,系统的研究结果为上转换荧光材料后续的深入研究提供了理论基础,对材料应用的拓展具有重要的指导意义。

 图文解读:

图1. 在980 nm激光激发下(a) Er3+/Yb3+, Ho3+/Yb3+, Tm3+/Yb3+掺杂Ba3Y4O9; (b) Er3+/Yb3+/xF- (x = 0-0.6)掺杂Ba3Lu4O9上转换发光谱图

图2. 980 nm激光激发下的(a) SrLu2O4: 0.5%Er3+, 0.5%Tm3+, 20%Yb3+光谱图; (b) SrLu2O4: 0.5%Er3+, 0.5%Tm3+, xYb3+ (x = 5-30%)的色坐标图

图3. (a) 980 nm激光激发下的Ba3Y4O9: Er3+/Yb3+上转换光谱图; (b) 文章的TOC图

相关研究工作获得国家自然科学基金(51304086,11464017)、江西省杰出青年基金(20171BCB23064)、江西省自然科学基金(20171BAB216013)、江西省教育厅项目(GJJ150633)、赣州市科技项目[2017]179和江西理工大学清江优秀青年人才计划项目等的支持。


论文链接:

 

1. Shuifu Liu, Hong Ming, Jun Cui, Songbin Liu, Weixiong You, Xinyu Ye*, Youming Yang, Huaping Nie, and Ruixiang Wang. Color tunable upconversion luminescence, multiple temperature sensing and optical heating properties of Ba3Y4O9:Er3+/Yb3+ phosphors. J. Phys. Chem. C. 2018, DOI: 10.1021/acs.jpcc.8b04180. 

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jpcc.8b04180

2. Songbin Liu, Xinyu Ye*, Shuifu Liu, Mengyao Chen Hu Niu Dejian Hou Weixiong You, Intense upconversion luminescence and energy-transfer mechanism of Ho3+/Yb3+ co-doped SrLu2O4 phosphor. J. Am Ceram Soc. 2017, 100, 3535-3539. 

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/jace.14888 

3. Xinyu Ye*, Yang Luo, Songbin Liu, DejianHou, Weixiong You, Intense and color-tunable upconversion luminescence of Er3+ doped and Er3+/Yb3+ co-doped Ba3Lu4O9 phosphors. J. Alloys Compd. 2017, 701, 806-815.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925838817302025

4. Songbin Liu, Shuifu Liu, Hong Ming, Fu Du, Jiaqing Peng, Weixiong You, Xinyu Ye*. Tunable multicolor and bright white upconversion luminescence in Er3+/Tm3+/Yb3+ tri-doped SrLu2O4 phosphors. J. Mater. Sci. 2018, DOI: 10.1007/s10853-018-2632-6. 

https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs10853-018-2632-6 

5. Shuifu Liu, Songbin Liu, Hong Ming, DejianHou, Weixiong You, Xinyu Ye*, Investigation on the upconversion luminescence in Ho3+/Yb3+ co-doped Ba3Sc4O9 phosphor. Mater. Res. Bull. 2018, 98, 187-193.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0025540817333275

 

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