單顆粒NaYbF4:2%Er3+@NaYbF4 核殼微米盤的上轉換紅光發射增強機理*

嚴學文 張景蕾 張正宇 丁鵬 韓慶艷 張成云 高偉 董軍

(西安郵電大學電子工程學院,西安 710121)

本文借助外延生長及離子摻雜技術,基于NaYbF4:2%Er3+微米晶體構建了多種不同的核殼微米盤,通過降低材料的表面猝滅效應及增強離子間的能量傳遞效應,實現了NaYbF4:2%Er3+微米晶體上轉換紅光發射的增強.研究結果表明:在980 nm 近紅外激光激發下,構建的NaYbF4:2%Er3+@NaYbF4@NaYF4 核-殼-殼微米盤的上轉換紅光發射強度相比于NaYbF4:2%Er3+微米盤增強了4.6 倍,紅綠比由6.3 提高至8.1.當少量Ho3+離子引入到NaYbF4:2%Er3+@NaYbF4:2%Ho3+@NaYF4 核-殼-殼微米盤時,Er3+離子與Ho3+離子間相互作用的發生使其上轉換紅光發射強度相比于NaYbF4:2%Er3+微米盤增強了近6.7 倍,且紅綠比更是提高到9.4.通過對不同核殼微米盤光譜特性和發光動力學的研究,表明Er3+離子的紅光發射增強主要源自于不同核殼結構中Yb3+離子的高效的能量傳遞有效促進了Er3+離子間的交叉弛豫、Er3+和Yb3+離子間反向能量傳遞及Ho3+離子向Er3+離子間的能量傳遞的發生,進而提高了紅光發射能級的粒子數布居.其研究可為構建具有高效紅光發射的上轉換微納晶體提供新途徑.

1 引言

具有光子轉換特性的稀土摻雜上轉換發光材料,憑借其尖銳的發射峰及較長的激發態壽命及較高色純度等優勢,在發光顯示、防偽、光存儲器以及生物醫學成像等領域展現出巨大的應用潛力[1-7].然而,由于敏化劑和激活劑離子的摻雜濃度相對較低,且稀土離子本身的吸收截面較小,使得稀土摻雜上轉換發光材料的強度及上轉換效率受到限制.同時,稀土離子豐富的能級結構使其發光材料具有多彩的光學特性,而多能級躍遷為獲取色純度高的單帶發射也帶來了巨大的挑戰.尤其是在生物醫學、防偽及顯示等領域中具有其他單色發光無法比擬優勢的單帶紅光發射.目前,關于上轉換紅光發射的研究主要集中在Er3+及Ho3+發光離子中,其中Er3+離子憑借其豐富的能級結構及等間距的長壽命激發態,一直是上轉換紅光發射的理想候選者[8].

目前,研究者們已經采用多種技術方法成功實現了Er3+離子單帶紅光發射,如提高Yb3+離子的摻雜濃度,引入Mn2+離子及構建核殼結構等[9-11].近期,Wang等[12]通過外延生長技術構建了一系列NaYF4:20%Yb3+/2%Er3+@ NaYF4:x%Yb3+核殼結構,并借助離子摻雜技術調控外殼層的結構特性,實現了Er3+離子的紅光發射增強,為進一步增強材料發光強度提供新途徑.本課題組基于構建核殼結構增強機理,在水熱反應條件下,成功制備多種不同微米核殼晶體,通過包覆不同殼層結構及引入不同摻雜離子,實現了微米晶體發光特性有效調控,其研究為微米晶體光譜增強及調控提供了新方法[13].Sun等[14]通過構建NaYF4:10%Er3+/0.5%Ho3+/30%Ca2+@NaYF4核殼結構,借助Ho3+離子作為能量傳遞橋梁,將Er3+離子典型性的綠光發射轉變為紅光發射.相似的實驗結果在BiOCl:Er3+/Ho3+材料中也被觀測到,其原因在于Ho3+離子的5F3(20673 cm-1),5F4/5S2(18612 cm-1/18354 cm-1),5F5(15519 cm-1)能級與Er3+離子的2H11/2(19256 cm-1),4S3/2(18462 cm-1)和4F9/2(15245 cm-1)能級基本可完美重疊發生有效地能量傳遞[15].當Er3+離子與少量的Ho3+離子共摻雜時,Ho3+離子便可借助能量傳遞將其獲得的激發能傳遞給周圍附近Er3+離子,實現其高能級粒子數布居.因此,通過結構的調控使得Ho3+和Er3+離子不僅可作激活離子,且可借助其能量轉移實現其離子發光的可控調節及增強.

為了進一步增強Er3+離子的單帶紅光發射,基于具有較高紅光發射NaYbF4:2%Er3+微米晶體為核,借助外延生長技術及離子摻雜技術構建NaYbF4:2%Er3+@ NaYbF4@ NaYF4及NaYbF4:2%Er3+@NaYbF4:2%Ho3+@NaYF4微米核-殼-殼結構,嘗試通過包覆不同結構的特性殼層及引入少量Ho3+離子實現NaYbF4:2%Er3+微米晶體紅光發射增強.圖1 為構建不同NaYbF4:2%Er3+微米核殼機構及其發光增強示意圖.在近紅外980 nm 激光激發下,借助共聚焦顯微光譜測量系統,以單顆粒NaYbF4:2%Er3+微米晶體及其相應核殼結構為研究對象,基于不同核殼結構中Er3+離子的光譜調控特性、激發功率依賴關系及其發光壽命對其增強機理進行討論,進一步證實不同結構中離子間相互作用的發生.其研究可為構建具有高效紅光發射的上轉換微納晶體提供新途徑.

2 實驗

2.1 實驗材料

本實驗所需化學藥品均為分析純,RE(NO3)3·6H2O (RE=Y,Yb,Er,Ho) (99.99%),Na3C6H5O7·2H2O (99.00%),NH4F(96.0%)和NaF (98.0%)由上海麥克林生化科技有限公司提供.NaNO3(98.0%)和NH4OH (25.0%—28.0%)等皆采購于國藥集團化學試劑有限公司.

2.2 NaYbF4:2%Er3+核微米晶體的制備

本實驗采用檸檬酸鈉輔助水熱法制備NaYbF4:2%Er3+微米晶體[16].首先,稱量0.891 g Na3C6H5O7·2H2O 放置于燒杯中,倒入22.0 mL 去離子水使其充分攪拌溶解.接著將2.0 mL Yb(NO3)3與Er(NO3)3溶液按照一定比例添加到燒杯中,并繼續攪拌30 min.待充分混合后,將2.0 mL NH4OH 與6.0 mL NH4F 溶液加入到燒杯中攪拌20 min.最后,將所得到的前驅液倒入50.0 mL 聚四氟乙烯內襯高壓釜中,使其在200 ℃的高溫中反應24 h.待反應結束后,所生成的白色沉淀物變為NaYbF4:2%Er3+微米晶體.

2.3 NaYbF4:2%Er3+核殼及核-殼-殼結構微米晶體的制備

首先,在含有17.0 mL 去離子水的燒杯中將稱量的0.891 g Na3C6H5O7·2H2O 以及2.0 mLRE(NO3)3(RE=Yb,Y,Ho)水溶液充分溶解并充分攪拌10 min,隨后,將上述合成的NaYbF4:2%Er3+微米盤加入到前驅溶液中攪拌20 min.最后,在反應溶液中再加入6.0 mL NaNO3水溶液以及0.504 g NaF 并繼續攪拌30 min,結束后將其倒入50.0 mL聚四氟乙烯內襯的高壓釜中,在200 ℃下反應24 h,所得白色沉淀物便為所構建NaYbF4:2%Er3+@NaYbF4的微米核殼結構.此外,NaYbF4:2%Er3+@ NaYbF4@NaYF4核-殼-殼結構微米盤的制備流程與上述基本相同[17].

2.4 樣品表征和光譜測試

借助X-射線衍射儀(XRD)對微米晶體的晶體結構進行表征,其掃描步長為0.01°,掃描范圍為10°—70°.其樣品的形貌尺寸和元素分布則通過掃描電子顯微鏡(SEM)進行表征分析.其光譜測量主要借助共聚焦顯微光譜測量裝置,主要包括980 nm 半導體固體激光器,光譜分析儀(Ocean optics,QE65 pro)及奧林巴斯光學共聚焦顯微鏡(OLYMPUS-BX51).發光壽命則使用FLS 980 熒光分光光度計(英國愛丁堡)采集.

3 結果討論

3.1 晶體結構及形貌

圖2 為NaYbF4:2%Er3+微米晶體及包覆不同殼層微米核殼結構的XRD 圖.通過與六方相NaYbF4標準卡JCPDS No.27-1427 及NaYF4的標準卡JCPDS No.16-0034 相比對,發現所制備微米晶體及其核殼結構的衍射峰位置均與其相應標準卡一致,且無其他雜峰,表明所制備樣品的晶體結構均為純六方相結構.值得注意的是,當NaYbF4:2%Er3+微米晶體包覆上不同核殼結構時,其中(100),(101)與(110)晶面的衍射峰強度比值則明顯增強,其結果表明在晶體外延生長過程中,微米核殼晶體沿{100}橫軸方向生長速度明顯快于[0001]縱軸方向,其原因主要是由于表面修飾劑檸檬酸納抑制微米晶體的縱向生長[18].

圖3 為所制備的NaYbF4:2%Er3+微米晶體及其相應核殼結構的SEM 圖.由圖3(a)—(f)能夠清楚地觀察到,不同結構微米晶體的形貌均為的六角盤,其NaYbF4:2%Er3+微米盤的直徑尺寸約為3.4 μm,厚度約為112.8 nm.當包覆不同的殼層時,相應的直徑尺寸分別約為4.0,5.3,5.4,5.6,6.3 μm,則其厚度分別約為433.3,222.2,303.7,649.1,815.0 nm,如圖3(b)—(f)所示.顯然,隨著包覆不同的殼層結構,其微米盤尺寸則明顯增大,尤其是其橫向尺寸的增長速度更為突出,表明微米盤優先沿{100}橫向方向生長,其結果與圖2 的XRD 表征結果相一致.同時,通過對不同微米結構的元素映射分析可知,如圖3(a1)—(f1)所示,當微米盤包覆NaYbF4活性殼及NaYF4惰性殼時,其相應部位所含元素量也隨之變化,證實了不同結構的殼層已經成功包覆.

圖3 (a)—(f) NaYbF4:2%Er3+微米晶體及其包覆不同殼層核殼結構的SEM 圖,(a1)—(f1)為其相應的元素映射圖Fig.3.(a)-(f) SEM image of NaYbF4:2%Er3+ microcrystals and coating with different CS structures.(a1)-(f1) The corresponding element maps.

3.2 不同核殼結構微米盤的上轉換發光特性

圖4 為在近紅外980 nm 激光激發下,單顆粒NaYbF4:2%Er3+,NaYbF4:2%Er3+@NaYbF4及NaYbF4:2%Er3+@ NaYbF4@NaYF4微米盤的上轉換發射光譜,紅綠比及增強倍數.由圖4(a)可知,不同結構特性的微米盤均展現出較強的紅光(654 nm)發射,其源于Er3+離子的4F9/2→4I15/2輻射躍遷.同時伴隨著Er3+離子2H11/2/4S3/2→4I15/2能級輻射躍遷微弱的綠光(525—550 nm)發射[19,20].通過對不同結構發光特性對比,發現當NaYbF4:2%Er3+微米盤包覆NaYF4惰性殼層及NaYbF4活性殼層時,其紅光上轉換發射強度均明顯增強,且包覆NaYbF4活性殼層增強效果優于包覆其NaYF4惰性殼層的增強,同時其紅綠比(R/G)由6.3 提高至了7.7,如圖4(b)所示.然而,當繼續在NaYbF4:2%Er3+@NaYbF4核殼結構中包覆一層NaYF4惰性殼時,發現NaYbF4:2%Er3+@ NaYbF4@NaYF4核-殼-殼結構微米盤的紅光發射強度相比于NaYbF4:2%Er3+微米盤增強了近4.6 倍,且R/G 比也進一步提高至8.1,如圖4(b)和圖4(c)所示.

圖4 在980 nm 激發下,單個NaYbF4:2%Er3+微米盤及其包覆不同殼層微米盤的 (a)上轉換發射光譜(插圖為對應發光圖案),(b) 紅綠比及(c) 紅光發射強度的增強倍數Fig.4.(a) The UC emission spectra (the insert is corresponding optical micrographs),(b) R/G ratio and (c) enhancement factor of the red emission of the NaYbF4:2%Er3+ microcrystals and coating with different CS structures under the excitation of a 980 nm NIR laser.

為了進一步調控NaYbF4:2%Er3+微米盤的上轉換發光特性,將具有能級結構相近的少量的Ho3+離子引入到NaYbF4:2%Er3+微米盤中.在980 nm激光激發下,其不同微米盤及其核殼結構的上轉換發射光譜,R/G 比及增強倍數如圖5 所示.由圖5(a)可清楚地發現,不同結構的微米盤均展現出了較強的紅光發射.然而,當2%Ho3+離子摻雜到NaYbF4:2%Er3+微米盤時,NaYbF4:2%Er3+/2%Ho3+微米盤紅光發射強度相比于NaYbF4:2%Er3+微米盤反而有所減弱,如圖5(b)所示.但當NaYbF4:2%Er3+微米盤包覆上NaYbF4:2%Ho3+殼層時,該核殼結構的上轉換紅光發射強度得到了極大提升,相比于NaYbF4:2%Er3+微米盤發光增強近5.3 倍,且R/G 比也增加到了8.5.隨后,在NaYbF4:2%Er3+@NaYbF4:2%Ho3+核殼結構中包覆NaYF4惰性殼時,發現其上轉換紅光發射強度再次得到增強,其強度相比于NaYbF4:2%Er3+微米盤增強至6.7 倍,且R/G 比增加到9.4,圖5(b)和圖5(c)所示.

圖5 在近紅外光980 nm 激光激發下,單個NaYbF4:2%Er3+微米盤及摻雜2%Ho3+離子的不同核殼結構的 (a)上轉換發射光譜(插圖為對應發光圖案),(b)紅綠比及(c)紅光發射強度的增強倍數Fig.5.(a) The UC emission spectra (the insert is corresponding optical micrographs),(b) R/G ratio and (c) enhancement factor of the red emission of the NaYbF4:2%Er3+ microcrystals and coating with different CS structures with doping 2%Ho3+ ions under the excitation of a 980 nm NIR laser.

3.3 上轉換紅光發射機理

圖6 所示為單顆粒NaYbF4:2%Er3+,NaYbF4:2%Er3+@ NaYbF4:2%Ho3+與NaYbF4:2%Er3+@NaYbF4@NaYF4核-殼-殼結構核殼微米盤在不同激發功率下的發射光譜及紅、綠光發射與泵浦功率依賴關系.由圖6(a)可知,隨著近紅外980 nm 激光激發功率的增強,這三種不同結構微米盤的上轉換發射強度也隨之增強.在上轉換過程中,當未達到飽和吸收時,發射強度(IUC)與其激光泵浦功率(P)的關系滿足IUC∝Pn,其中n為所需吸收的光子數[21].通常情況下,Er3+離子的紅光和綠光發射大多為雙光子過程[22].然而,當Yb3+離子濃度增加時,發現其紅光及綠光的n值減小且較大偏離2,如圖6(b)所示,其原因在于高濃度Yb3+離子則可有效促進Er3+離子自身的交叉弛豫過程發生,使得Er3+離子的線性衰減和上轉換過程之間發生明顯的競爭所致[23,24].由圖6(d)—(f)可清楚地發現,NaYbF4:2%Er3+@NaYbF4:2%Ho3+與NaYbF4:2%Er3+@ NaYbF4@ NaYF4核-殼-殼微米盤的紅光和綠光的n值更是向1 靠近,其n值的進一步減小則表明包覆殼層中的Ho3+離子已與核中的Er3+離子發生了相互作用,使其離子數布居得到了有效的調控.

圖6 在980 nm 不同泵浦功率激發下,單顆粒NaYbF4:2%Er3+,NaYbF4:2%Er3+@NaYbF4:2%Ho3+ 與NaYbF4:2%Er3+@NaYbF4@NaYF4核-殼-殼結構微米盤的上轉換發射光譜(插圖為其對應發光圖案)及其紅、綠光發射依賴關系Fig.6.Under different pump power excitation at 980 nm,the upconversion emission spectra of a single particle NaYbF4:2%Er3+,NaYbF4:2%Er3+@NaYbF4:2%Ho3+,and NaYbF4:2%Er3+@NaYbF4 @ NaYF4 core-shell-shell micron disks (the corresponding luminescence pattern is inset) and their red and green emission dependencies.

圖7 為980 nm 激光激發下,不同結構體系中Yb3+,Er3+及Ho3+離子間的能量傳遞、輻射及無輻射弛豫過程.通常情況下,在Yb3+與Er3+離子共摻體系中,Er3+離子往往展現出強的綠光發射以及微弱的紅光發射[25],其發光過程,如圖7(a)所示.Yb3+離子將獲取的激發能通過能量傳遞給了周圍Er3+離子,使其實現了2H11/2,4S3/2及4F9/2激發態能級的的粒子布居[26].當Er3+離子激發態能級上的電子輻射躍遷至基態能級,便產生綠光及紅光發射.同時,基于Er3+離子的能級結構圖可清楚發現4F9/2激發態能級的粒子數布局主要源自于上能級無輻射弛豫過程.根據多聲子無輻射弛豫概率可知,4S3/2能級到4F9/2能級及4I11/2能級到4I13/2能級的無輻射弛豫概率非常小,所以其紅光發射極其微弱[18].然而,當高濃度Yb3+離子與Er3+離子共摻時,即為NaYbF4:2%Er3+微米晶體材料時,其主要展現較強紅光發射及微弱的綠光發射,其原因主要是在于高濃度Yb3+離子可將更多激發能傳遞周圍Er3+離子,促使Er3+離子間交叉弛豫(cross relaxation,CR) CR1(4S3/2+4I15/2→4I9/2+4I13/2)和CR2(4F7/2+4I11/2→4F9/2+4F9/2)的發生[27].與此同時,Er3+的過飽和吸收,也將加急Er3+離子與Yb3+離子之間的反向能量傳遞(energy back transfer,EBT)的發生,即EBT (4F7/2+2F7/2→4I11/2+2F5/2)[28].上述的交叉弛豫及其EBT 過程的發生均可有效地改變Er3+離子的不同能級上粒子數布局,實現了4F9/2激發態能級粒子數布局有效增加,進而導致紅光發射的增強.

為了進一步增強微米盤中Er3+離子的上轉換紅光發射,在NaYbF4:2%Er3+微米盤表面包覆NaYF4惰性殼層及NaYbF4活性殼層,通過抑制表面猝滅效應及增強激發方式實現其紅光發射增強.由圖7(a)可知,NaYbF4:2%Er3+微米盤表面包覆NaYbF4活性殼層時,Er3+離子則可通過兩種不同途徑:Yb3+(殼)→Yb3+(核)→Er3+(核)和Yb3+(核)→Er3+(核)能量傳遞實現其激發態能級的布居[29].同時,基于殼層間Yb3+離子的能量遷移則可有效地為核中Er3+離子提供更多激發能,進一步促進Er3+離子間的交叉弛豫及Er3+離子到Yb3+離子的反向能量傳遞過程的發生,增強其紅光發射.為了有效抑制NaYbF4:2%Er3+@NaYbF4微米盤核殼結構外殼中Yb3+離子的部分激發能被其表面缺陷捕獲所導致的表面猝滅效應,再次為其包覆了一層NaYF4惰性殼層,發現NaYbF4:2%Er3+@ NaYbF4@NaYF4核-殼-殼結構微米盤紅光發射得到了顯著增強,如圖4 所示,其結果進一步表明上述交叉弛豫及能量反向傳遞過程再次被增強.

當引入少量的Ho3+離子到NaYbF4:2%Er3+微米盤,發現Er3+離子的發光相比于單摻雜時明顯減弱,其原因是Yb3+離子與Er3+離子間的相互作用被Ho3+離子干擾,且部分激發能被Ho3+離吸收,進而影響Er3+離子間交叉弛豫過程的發生,使得發光減弱.然而,當NaYbF4:2%Er3+微米盤包覆NaYbF4:2%Ho3+活性殼層時,該結構可有效地將Ho3+離子與Er3+離子分布在不同的空間結構中,降低彼此間的競爭.同時殼層中高濃度的Yb3+離子,不僅可將部分激發能傳遞給核中Yb3+離子促進Er3+離子的發光,且可同時激發Ho3+離子實現其發光.當Ho3+離子獲取更多激發能時,Ho3+離子間的交叉弛豫CR3(5I7+5F4/5S2→5F5+5I6),以及Ho3+離子與Yb3+離子之間的反向能量傳遞EBT3(2F7/2+5G4/3K7→2F5/2+5F5)也可被有效增強,進而促使其紅光發射增強[30],如圖7(b)所示.此外,基于Ho3+離子的5F4/5S2和5F5激發態能級與Er3+離子的2H11/2/4S3/2和4F9/2激發態能級具較高的能級匹配度,可為相鄰區域間離子發生有效的能量傳遞建立橋梁,使得Er3+離子的紅光發射增強.

為了進一步證實NaYbF4:2%Er3+微米盤晶體包覆不同殼層及引入少量Ho3+離子后對Er3+離子紅光發射增強機理及不同殼層離子之間的相互作用.在近紅外980 nm 脈沖激光激發下,獲取了NaYbF4:2%Er3+微米盤及不同核殼結構中Er3+離子4F9/2激發態能級的發光壽命,如圖8 所示,其平均衰減壽命可表示為[31]

圖8 在近紅外光980 nm 脈沖激光激發下,NaYbF4:2%Er3+微米盤及不同核殼結構中Er3+離子在4F9/2 激發態能級(654 nm)處的發光壽命衰減曲線Fig.8.Luminescence lifetime attenuation curve of Er3+ ions at 4F9/2 excited state level (654 nm) in NaYbF4:2%Er3+ microdisks and different core-shell structures under near-infrared 980 nm pulsed laser excitation.

其中t1和t2分別為擬合過程中的短壽命和長壽命;A1和A2為常數.經計算得到不同核殼結構微米盤中Er3+離子4F9/2激發態能級的發光壽命.對于上轉換發光材料而言,長的發光壽命表明具備較高的上轉換發射強度[32].如圖8(a)所示,當NaYbF4:2%Er3+微米盤包覆NaYF4惰性殼,發現NaYbF4:2%Er3+@NaYF4核殼結構中Er3+離子的紅光發射壽命相比于NaYbF4:2%Er3+微米盤的壽命提高了21 μs,表明惰性殼的包覆可有效抑制表面猝滅效應.而當NaYbF4:2%Er3+微米盤包覆NaYbF4活性殼層,其紅光發射壽命更是延長到163.3 μs,其結果表明4F9/2激發態能級通過不同途徑獲取了更多粒子數.圖8(b)為NaYbF4:2%Er3+微米盤及其核殼機構中引入2%Ho3+離子后Er3+離子4F9/2激發態能級的發光壽命.發現NaYbF4:2%Er3+/2%Ho3+微米盤中Er3+離子紅光發射壽命相比NaYbF4:2%Er3+微米盤明顯縮短,其結果表明部分激發能被Ho3+離子吸收導致Er3+離子4F9/2激發態能級粒子數降低.然而,當2%Ho3+離子通過構建核殼結構摻雜到NaYbF4:2%Er3+@NaYbF4:2%Ho3+核殼結構,發現Er3+離子紅光發射壽命增加到194.5 μs,其結果證實了殼層中的Ho3+離子與核內的Er3+離子發生了能量傳遞促使其發光能級粒子數明顯增加.同時,根據Er3+離子的能級結構可知,4F9/2激發態粒子數布居主要是源自于2H11/2/4S3/2能級的無輻射躍遷,且可借助交叉弛豫及能量反向傳遞增強該過程的發生.因此,當4F9/2激發態粒子數增加時,相反2H11/2/4S3/2能級的粒子數將會減少,導致R/G 比增加.此外,發現再次包覆NaYF4惰性殼后,NaYbF4:2%Er3+@NaYbF4@NaYF4與NaYbF4:2%Er3+@NaYbF4:2%Ho3+@NaYF4核-殼-殼微米盤的紅光的發射壽命均得到再次增加,如圖8(b)所示,進一步證實了NaYF4惰性殼的構建降低材料無輻射躍遷概率.

4 結論

本文采用水熱法和外延生長技術構建了NaYbF4:2%Er3+@NaYbF4@ NaYF4與NaYbF4:2%Er3+@NaYbF4:2%Ho3+@NaYF4六方相 核-殼-殼結構微米盤,并借助不同離子間的相互作用實現了Er3+離子紅光發射增強.實驗結果表明,在近紅外980 nm 激光激發下,NaYbF4:2%Er3+@NaYbF4@NaYF4與NaYbF4:2%Er3+@ NaYbF4:2%Ho3+@NaYF4核-殼-殼結構微米盤紅光發射相比,NaYbF4:2%Er3+微米盤的紅發發射分別增強了4.6 倍與6.7 倍.通過對其不同光譜特性的研究,發現其不同結構中Er3+離子紅光發射增強主要是因為核中Er3+離子通過不同能量傳遞途徑獲得更多激發能,促進Er3+離子間的交叉弛豫及Er3+離子與Yb3+離子間的反向能量傳遞的發生,使得其紅光發射得到明顯增強.同時,Er3+離子借助具有較高能級匹配度的Ho3+離子作為能量傳遞橋梁,使得可多通道繼續填充Er3+離子的紅光能級,實現其發射的共振增強.因此,本文通過構建核殼結構為合成具有較高紅光發射微納晶體材料提供新途徑,該類材料可在紅光顯示、防偽及微納光電子器件等領域中展現出巨大的應用潛力.