文摘

Yb^{3 +}和Ln^{3 +}(Ln =呃,Ho) codoped路₂O₃广场nanocubic床单是通过温和的水热法成功合成了随后的脱水过程。水晶阶段,形态学,目标氧化物和氢氧化物的合成前体,通过x射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM),能量色散x射线光谱仪(EDS)。结果现在好了₂O₃在立方结晶阶段,和单分散的广场nanosheets保持在氢氧化物和氧化物。此外,在波长980纳米的激光二极管(LD)激发,多色输出实现了从红色到黄色codoped不同镧系元素离子₂O₃。值得注意的是高纯强烈的红色上转换发射红绿比为443.3的Er-containing得到纳米晶体,这是有益的在活的有机体内光学bioimaging。

1。介绍

在过去的几十年里,lanthanide-doped上转换荧光粉由于已经受到了相当大的关注他们的应用程序在显示系统1),光学加工传感器(2),固态激光器(3)、荧光检测和生物分子的标签4]。更重要的是,应用于生物检测和医学成像,传统的半导体量子点由于细胞毒性是有限的,光漂白,photodamage和低信噪比激发波长较短(通常是紫外线和可见光)(5,6]。上转换纳米晶体(UCNCs)克服这些问题和吸收长波长光(通常是近红外(NIR))和发射波长短,被认为是一种新型的荧光材料(7,8]。此外,UCNCs辐射损伤较低,化学稳定性,深层渗透的NIR激励源与传统荧光材料(9,10]。

众所周知,UCNCs的发光性质影响的组合不同的主机/活化剂,掺杂浓度,纳米晶体的大小,形状,和涂料(11- - - - - -13]。因此,重要的是要选择合适的主机矩阵实现优良的发光性能。氧化镥是优秀的主机之一矩阵电离辐射检测和x射线荧光粉由于其独特的性质:高原子序数的陆(71)和高密度(9.42克/厘米⁻³)[14,15]。此外,离子半径^{3 +}(1.117)接近Yb的半径^{3 +}(1.125)比其他镧系元素离子(16),这可能会提高UCNCs而掺杂高浓度Yb的稳定性^{3 +}。陆的能量水平,更重要的是,特别是4 f轨道,使Lu-containing结构发光强度比Y-containing晶体(17- - - - - -19),这被称为非常高效荧光粉。

作为一个潜在的主机矩阵,氧化镥收到了许多的研究兴趣。陆的合成研究₂O₃控制大小和各种形态已经广泛开展[20.- - - - - -22]。此外,Lu-containing纳米晶体的发光性质,例如,多色输出操作通过改变反应温度、掺杂不同的稀土离子,和调优敏化剂的浓度或激活剂离子广泛调查(23- - - - - -25]。然而,大多数的研究是关于镏氟化物,并研究镧系元素ions-doped陆₂O₃仍然是有限的。此外,氧化镥nanocubic表很少被提到。

在此,我们准备了Yb^{3 +},Ln^{3 +}(Ln =呃,Ho) codoped路₂O₃通过一个简单的和绿色的水热方法,后跟一个脱水过程(26]。此外,980 nm激光二极管的激发下,强大的眼红色和黄色灯光观察。和纯红色上转换发射的机理进行了探讨。

2。实验部分

稀土硝酸盐再保险(没有₃)₃h·6₂O (RE = Lu, Yb,呃,Ho 99.99%)化学试剂购自国药控股有限公司,有限公司(中国)。所有其他材料的分析品位和直接使用前未经纯化。

2.1。样品制备

Yb^{3 +}和Ln^{3 +}(Ln =呃,Ho) codoped路₂O₃的成分_1.60−xYb_0.40Ln_xO₃()是由使用一个简单水热方法,后跟一个脱水过程(26]。至于陆的合成₂O₃:Yb^{3 +},呃^{3 +},相应的硝酸稀土(总数:1更易)是彻底与20毫升蒸馏水混合,然后用[哦氢氧化钠溶液⁻)= 5 mol / L逐渐添加到获得氢氧化物沉淀和pH值调整到14下强烈的搅拌。搅拌10分钟后,混合溶液转移到高压釜进行热液治疗在180°C约12 h,并冷却到室温后氢氧化前体被离心分离纯化,用蒸馏水洗净几次,然后干80°C。最后,相应的罕见earth-doped氧化物成功准备通过随后的脱水在800°C约4小时。Yb / Ho codoped路₂O₃准备在一个类似的过程。

2.2。描述

x射线衍射(XRD)模式样本,测量与D / max 2500 / PC使用Cu-K衍射仪α辐射(在40)kV和250 mA。样品的形态和成分被记录在装备FE-SEM EDS系统(范NanoSEM 450)。使用r - 500分光光度计上转换光谱被记录在一个无重点的980 nm LD在室温下激发,和相应的数码照片由数码相机拍摄在980纳米红外辐照。

3所示。结果与讨论

3.1。阶段和形态

图1显示了x射线衍射模式₂O₃:Yb^{3 +},何^{3 +}和标准立方相₂O₃(JCPDS没有。86 - 2475年)进行比较。作为演示,所有衍射峰Yb-Ho codoped陆₂O₃陆是完全与纯立方相挂钩₂O₃和其他杂质峰被检测到,这意味着获得的高纯度立方相结构是通过温和的水热的方法。此外,与标准衍射峰相比,很少有偏差,因为主要掺杂离子半径Yb^{3 +}(1.125)是非常接近的^{3 +}(1.117)16]。

可以获得更多信息形态和成分FE-SEM观察和EDS分析。图2显示了FE-SEM陆前体(OH)的图像₃(数据2(一个)和2 (b))和陆₂O₃:Yb^{3 +},何^{3 +}(数据2 (c)和2 (d))。如FE-SEM图片所示,所有这些两个样品现在广场nanosheets结构和形态的两个样品没有明显区别是成立的,这意味着样品有良好的热稳定性。相应的EDS(图2 (e))显示组件的主要元素,O, Yb, Ho,暗示Yb和Ho离子掺杂到主机成功矩阵。

3.2。上转换发光性能

图3(一个)展示了上转换发光光谱Yb-Er codoped陆₂O₃纳米晶体。980纳米激光二极管的激发下,强烈的红色发射光谱带集中在655 nm和一个非常弱的绿色排放区域。放大350倍后(左插图图3(一个)),绿色的发射区包括两个弱乐队在526 nm和542 nm)为中心,分别。此外,红绿(R / G)比率是衡量一个非常大的值为443.3,导致一个纯红色上转换发射,这也验证了图的数码照片(右插图3(一个))和CIE色度坐标(,)如图3 (b)。当codoped Yb-Ho离子₂O₃纳米晶体,和结构既有强烈的绿色和红色排放(图3 (c))。因此,明亮的眼观察黄灯(嵌入的数字3 (c)和3 (d)),不同于红灯从Yb-Er codoped样本。因此,多色调整从红色到黄色可以通过掺杂不同的激活剂离子如Er^{3 +}和何^{3 +}。更重要的是,纯红色上转换发射大R / G的比率443.3实现,哪个更有利于光学bioimaging深层组织渗透。

揭示可能的上转换机制,提出了一种简化的能级图,表示通路(图4)。如图所示,两个弱绿色排放Yb-Er co-doped分配给的样品(526海里)(542海里)的转变^{3 +}和红色的发射是由于过渡的呃^{3 +}。红绿色排放的高强度比率可以从图来解释4。红色发光增强的原因之一是,从敏化剂离子Yb能量转移^{3 +}在状态激活离子Er^{3 +}通过过渡,然后执行一个非辐射的衰减,增加的数量^{3 +}在水平,最后,从Yb能量转移^{3 +}在州呃^{3 +}通过。另一个原因是有效交叉衰减(CR) Er的过程^{3 +}:见图4。CR过程加强了红乐队和削弱了绿色离子的发射,因为大多数状态转移到直接绕过和,有助于绿色排放23- - - - - -25]。

另一方面,包含示例的绿色和红色的上转换Ho的排放主要是归因于转换(541海里),(551海里),(640 - 678 nm)^{3 +}(图4)。如图4,所有的流程需要双能量转移;红色的发射状态是由于phonon-assisted能量转移:和无辐射衰变。当掺杂浓度高Yb^{3 +}(20%),所有的三个排放增强,导致强烈的眼黄灯与CIE色度坐标,。

4所示。结论

总之,单分散的₂O₃与Yb co-doped^{3 +}和Ln^{3 +}(Ln =呃,Ho)广场nanocubic表成功是用一个简单的水热法制造的。的upconverted发光性质和样本调查下激发波长980纳米的激光二极管。通过改变掺杂离子从Er Ho上转换排放变换从眼红色亮黄灯。此外,高纯红色上转换发射了Yb / Er codoped样本,适合高对比度与缺乏自发荧光光学bioimaging由于低组织吸收红光区(655海里)。

确认

这项工作是由中国国家自然科学基金(没有。51102202),新世纪优秀人才在大学(ncet - 13 - 0787),专门研究基金会对中国高等教育的博士项目(没有。20114301120006)和湖南省自然科学基金(jj4056 12号和13 jj1017),教育部的科学基础(212119),湖南省级教育部门和科研基金(13 b062)。