高亮度上转换纳米晶的制备技术研究文献综述

 2022-10-25 12:10
  1. 文献综述(或调研报告):

稀土上转换纳米晶是一类重要的发光材料,具有独特的能级结构和优异的光学特性。与下转换发光相反,上转换发光即是可以通过激光态吸收、能量传递上转换、交叉弛豫、合作敏化上转换和光子雪崩等五种机制[1]将长波辐射转换成短波辐射的过程。基于这种反常的发光现象和优异的光学特性,使得上转换材料在激光、太阳能电池、三维立体显示以及防伪技术方面有重要应用。

在防伪图案设计方面,当前防伪油墨上所使用的上转换材料通常在红外光激发下发射单一颜色光,则很容易被其他人仿制,安全性大幅度降低,Minli You[2]等人通过优化油墨和基材,通过喷墨印刷上转换纳米粒子成功地印刷了不同的多色发光图案。在安全性提升方面,则可以通过上转换纳米晶的反常温度依赖特性[3]将不同种类纳米晶混合得到随温度变化颜色也变化的纳米晶。防伪图案也可以通过激发波长、激光密度、时间分辨扫描方式的引入进行变化。但是由于喷墨打印制作随温度变化的上转换纳米晶图案时,仍存在纳米晶发光强度低的问题,这就使得最终的图案无法在激光照射下清楚显示,或是图案清晰变化时所付出的检测手段较为复杂和昂贵。

为提高防伪图案变色调节的实用性,本文将从知网、万方等中文数据库以及web of science等外文数据库近五年的文献中,找寻提高上转换纳米晶亮度的方法并提出自己的见解。

一、基质及其结构影响

1.基质材料选择

Wang Qian等人[4]将NaYF4和NaGdF4粒子作为基质材料,研究了不同的基质材料对于上转换发光性能和效率的影响。在激活剂Er3 和敏化剂Yb3 浓度相同情况下时,激发功率为1.4mW 时,NaYF4: Yb3 , Er3 纳米粒子的绿光发光强度是NaGdF4: Yb3 , Er3 的8.1倍;在功率为3mW 时,NaYF4: Yb3 , Er3 纳米粒子的红光发光强度是NaGdF4: Yb3 , Er3 的7.3倍。认为出现这种情况的原因在于NaYF4的最大声子能量略低于NaGdF4,使在NaYF4为基质的晶格中的激发态离子所受到的多声子驰豫作用较弱,进而增强了Er3 在这两个激发态的辐射跃迁强度。

2.不同晶相结构对亮度影响

Lili Yao等人[5]通过共沉淀的方法制备了Yb3 , Er3 共掺杂NaYF4上转换纳米晶,通过XRD、SEM对形貌和发光性能进行分析,发现NaYF4:17% Yb3 ,3% Er3 纳米晶为立方相,球状颗粒,而NaYF4:20Gd3 ,17%Yb3 ,3% Er3 纳米晶为六角相结构,成纺锤形。六角相NaYF4纳米晶比立方相NaYF4纳米晶发射谱线变窄,总的荧光强度增强了一个量级。

小结:在基质选择上,NaYF4因为最大声子能量略低与NaGdF4,使得上转换发光强度更高;在NaYF4为基质的情况下,六角相晶格比立方相晶格的荧光强度增强一个量级。故为提高上转换纳米晶发光强度应尽量把六角相的NaYF4作为基质材料。

二、浓度影响

1.油酸钠浓度影响

由上述可知,六角相的NaYF4应为制备高亮度上转换纳米晶最合适的基质材料。Shunan Shan等人[6]利用新型反转胶束法制备了六角相的NaYF4,并探究了油酸钠浓度对晶型的影响发现当没有油酸钠时,产品均为立方晶型,随着油酸钠浓度不断增加,六方晶型产品含量不断增加;继续增加时,六方晶型含量开始呈下降趋势。

2..NH4F含量影响

Dongdong Li等人[3]通过水解法制备六角相的NaYF4基质材料,并研究了NH4F含量对结构的影响。结果表明,当NH4F用量较少为2.5mmol时,形貌为六角棱柱状,随着含量的提高,颗粒形貌逐渐变为椭球形,用量大于6mmol时,出现立方晶相。

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