Ho3+激活上轉換微納米晶的最佳化設計、製備和性能研究

《Ho3+激活上轉換微納米晶的最佳化設計、製備和性能研究》是依託西南大學，由唐劍鋒擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：Ho3+激活上轉換微納米晶的最佳化設計、製備和性能研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：唐劍鋒
• 依託單位：西南大學

項目摘要

稀土激活微納米晶材料可在相對較低強度光激發下實現高效率的上轉換髮光，在三維顯示、新能源和生物技術等領域均有重要套用。以Yb3+、Tm3+等稀土離子敏化，採用近紅外半導體雷射激發，通過Ho3+的5F4,5S2-＞5I8和5F5-＞5I8躍遷分別實現綠光和紅光發射是上轉換的理想途徑之一。但由於缺乏對基質組成、結構以及摻雜離子濃度與上轉換性能關係的系統性研究，Ho3+激活微納米晶的上轉換髮光效率仍相對較低，未能滿足許多實際套用的需求。本項目計畫系統深入地研究基質組成、結構與影響Ho3+上轉換性能的各種機制之間的關係，獲得結構與性能關係的規律性認識，對基質的關鍵功能和結構基元進行設計和選擇，並對敏化和激活離子濃度進行最佳化，最終獲得上轉換性能優異的新型Ho3+激活微納米晶，為上轉換材料的套用奠定基礎。

結題摘要

項目選取低聲子能量氧化物體系作為基質材料，設計製備了稀土Ho3+及敏化稀土Yb3+共摻雜的多元氧化物體系NaLa(MoO4)2、Re2TeO6（Re = La、Gd、Lu）和Gd3Al5O12單相微納米材料，利用Rietveld結構精修、SEM/TEM、上轉換光致發光等手段深入研究了材料的結構、形貌與上轉換髮光性能，並對材料中Ho3+的上轉換髮光機制進行了分析。具體包括採用固相合成法在900℃、大氣條件下製得了稀土摻雜NaLa(MoO4)2和Re2TeO6（Re = La、Gd、Lu）微納米螢光粉，分析了稀土格位的對稱特性。在NaLa(MoO4)2晶體中，稀土離子配位數為8，格位局部點群為S4；在La2TeO6和Gd2TeO6中的稀土離子配位數為7，格位局部點群為C1，而Lu2TeO6的晶體結構不同於La2TeO6和Gd2TeO6，稀土離子配位數為6，格位局部點群為C2。研究發現，利用980nm半導體雷射激發Yb3+，經能量傳遞Ho3+在這幾種材料中均表現出了強烈的雙光子綠光和紅光上轉換髮射。以NaLa(MoO4)2為例進一步分析上轉換螢光衰減曲線發現，Ho3+的上轉換機制以能量傳遞上轉換（ETU）為主。對於碲酸鹽體系，在同等激發條件下La2TeO6的上轉換髮光表現最強，而Lu2TeO6則表現出了相對優異的上轉換光色可調節特性。在Lu2TeO6晶體中同時摻入稀土離子Tm3+，利用Tm3+的三光子藍光與Ho3+的雙光子紅、綠光發射與泵浦功率不同的關聯特性，可實現功率控制的連續可調上轉換白光發射。項目組還採用溶膠-凝膠法在相對溫和的條件下製備了高穩定性三元立方結構的鋁酸鹽Gd3Al5O12微納米材料，結構分析發現稀土離子配位數為8，處於D2點群位置，在Yb3+敏化下Ho3+產生了鮮亮的雙光子黃綠色上轉換髮光。本研究提供的可調控與高穩定上轉換材料在照明、顯示及特殊光電子器件中存在潛在的套用價值，項目研究成果也為揭示稀土Ho3+激活上轉換材料的構-效關係及探索新型稀土上轉換材料及其套用提供了理論與實驗參考。基於上述研究，相關主要成果以4篇研究論文在本領域SCI收錄國際學術期刊（IF＞2）上發表，申請國家發明專利2項，培養研究生2名，項目組完成了預定研究任務。