NaErF4基异质核壳结构上转换纳米粒子高压发光性质研究

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异质壳层的包覆是提高纳米粒子性能的常用方法,然而,异质包覆所引起的界面缺陷往往会对纳米粒子的光学性质造成影响。尽管在分析它们的发光光谱时,界面应力所产生的的影响常常被忽视,但在高压下,这种影响会被明显放大。为了揭示潜在的相互作用机制,并寻找高质量的压力传感材料,我们做了如下工作:1、合成了的NaErF4@NaLnF4(Ln=Y,Lu,Gd)及其Tm(3+)掺杂的衍生物作为研究对象,通过透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)对纳米粒子的形貌和晶格结构进行表征,发现两个体系的纳米粒子尺寸均匀且有良好的分散性,同时得出具有拉伸应力的NaLuF4壳层纳米粒子有最小的晶格失配度,更接近于同质外延生长,在常压下展现出最强的上转换发光。2、在高压下对纳米粒子的荧光发射光谱进行测试,发现两个体系的纳米粒子发光强度都随着压力的增加而减弱,这是由于外界高压缩短了离子间的距离,增加了多光子弛豫、交叉弛豫和非辐射能量转移的可能性,造成了能量的损耗,同时高压还会使晶体的几何结构发生改变,加剧异质核壳结构的晶格失配,导致晶格缺陷,削弱发光。3、对比分析高压下掺Tm(3+)和非掺体系发射光谱的红绿光比,用红绿光比的斜率代表纳米粒子的机械敏感度。发现纳米粒子的红绿光比随压力的增加而变大,这是由于发光中心Er3+的绿光发射对高压更敏感,在外界高压作用下绿光强度衰减的比红光更快,最终导致红绿光比的增加。同时发现掺Tm(3+)体系的机械敏感度要更大,因为Tm(3+)独特的能级结构,会削弱绿光的发射,形成近单色的红光发射,同时外界高压会缩短离子间的距离,加剧Er3+和Tm(3+)之间的能量耦合,更好的发挥Tm(3+)能量转移的作用,使得纳米粒子的发光对外界压力的变化更为敏感。4、在Tm(3+)掺杂的体系当中,具有拉伸应力的Lu壳层纳米粒子展现出了更好的机械敏感性,这是由于Lu3+的离子半径要比Er3+的离子半径更大,Lu壳层内部需要产生拉伸应力来适应Er的核心,这个力反作用在核心上会产生一个压缩的力,拉近Er3+和Tm(3+)之间的距离,近一步加剧离子之间的耦合。此外,色坐标图中显示出NaErF4:0.5%Tm@NaLuF4纳米在外界压力从常压变到9GPa左右的高压过程中,发光颜色从橙红色变到了暗红色,表明发光颜色随压力变化发生了明显的变化,展现出了材料良好的机械传感性能。之后,我们对NaErF4:0.5%Tm@NaLuF4纳米粒子在高压下的稳定性进行了探究,发现高压未对纳米粒子的机械敏感性、发光光强、发光峰位、形貌和晶体结构造成影响,说明NaErF4:0.5%Tm@NaLuF4纳米粒子具有良好的稳定性,是一种理想的高压校准材料。
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