이 작품에서 Er 3+ /Yb 3+ -코도핑된 BaYF5 크기와 모양이 다른 간단한 용매열 방법으로 합성되었습니다. 불소 공급원, pH 값, 용매, 계면활성제, Yb 3+ 변경 농도, 온도, 반응시간, BaYF5의 최적 합성 조건 :어 3+ , Yb 3+ 상향변환 발광 특성을 향상시키는 것으로 밝혀졌다. NaBF4를 사용하여 녹색과 적색광의 발광강도를 몇 배로 강화함을 알 수 있다. NH4와 비교하여 불소 공급원으로서 F 및 NaF. 더욱이, 다른 계면활성제의 효과는 동일하지 않습니다. 5% 폴리에테르이미드(PEI)를 계면활성제로 추가하면 상향변환 방출을 개선할 수도 있습니다. 이에 반해, 다른 계면활성제인 구연산나트륨(CIT)을 첨가할 경우 나노결정의 크기가 점차 커지면서 발광특성도 감소하였다.
<섹션 데이터-제목="배경">최근 UCNP(upconversion nanophosphors)는 고체 레이저 소자, 형광 프로브 이미징, 바이오 응용, 입체 3차원 디스플레이, 적외선 양자 계수기, 온도 센서, 위조 방지 등 다양한 분야에서 활용되면서 주목을 받고 있습니다. [1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11]. UCNP는 일반적으로 매트릭스 물질, 활성제 및 증감제로 구성됩니다[12]. 낮은 포논 에너지와 우수한 화학적 안정성 때문에 불화물은 종종 UCNP 제조를 위한 매트릭스 재료로 사용됩니다. NaYF4 상향변환 방출이 좋은 나노입자는 6각형 상 구조를 갖는 반면, 큐빅상은 상향변환 방출이 불량하다. 최근 BREF5를 기반으로 하는 일부 UC 자료 (B =Mg, Ba, Ca, Sr)도 연구되었으며 이 새로 개발된 결정은 UC 응용 분야에 적합한 것으로 밝혀졌습니다[14, 15]. 어 3+ -도핑된 BaYF5 매우 강한 UC 발광 능력을 나타냅니다. Er 3+ 의 발광 강도 -도핑된 BaYF5 Er 3+ 의 8배입니다. -도핑된 LaF3 [16]. Er 3+ 일 때 활성제로 사용됨, Yb 3+ 효율적인 에너지 전달로 인해 대표적인 UC 발광 증감제입니다[17,18,19,20,21]. 또한 Er 3+ 의 전하 크기 및 Y 3+ 일치하고 반지름이 비슷합니다(Er 3+ 반경은 0.1nm, Y 3+ 입니다. 반경은 0.101nm)[22]. 따라서 BaYF5 Er 3+ 에 적합한 호스트로 간주됩니다. 이온.
발광 특성에 영향을 미치는 주요 요인은 입자 크기, 형태, 구조 등입니다[23, 24]. 고효율의 UC 발광 물질을 얻기 위해서는 적절한 크기의 구형 입자의 제어된 합성이 높은 밀도 축적과 빛 산란을 달성하는 데 유리합니다. 이 작업에서 Yb 3+ 의 샘플 /Er 3+ -코도핑된 BaYF5 solvothermal 방법으로 제작됩니다. 다른 반응 조건에서 다른 형태와 특성을 가진 샘플이 합성되었습니다. NaBF4 불소 공급원은 NH4에 비해 UC 광도가 더 높기 때문에 F 및 NaF. F − 를 천천히 해제할 수 있습니다.; 따라서 결정 성장을 만들고 UC 발광을 촉진하는 것이 더 유리합니다. 또한, 용매, 계면활성제, Yb 3+ 의 영향 농도, 초기 용액의 pH, 온도 및 반응 시간도 보고되었습니다. UC 발광 효율과 다양한 반응 조건 사이에서 규칙성과 메커니즘이 조사되었습니다.
모든 화학 물질은 Ba(OH)2와 같은 분석 등급입니다. ·xH2 O, Y(아니요3 )3 ·6H2 오, Yb2 O3 , (CH3 CO2 )3 어, NaBF4 , NH4 F, NaF, 올레산 및 HNO3 , 무수 에탄올을 사용하였다. 탈이온수는 전체적으로 사용되었습니다. 모든 화학 물질은 추가 정제 없이 받은 그대로 사용되었습니다.
Yb2 O3 묽은 HNO3에 용해되었습니다. Yb(NO3를 얻기 위해 용액을 가열함으로써 )3 해결책. 일반적인 합성 경로에서 Ba(OH)2 ·xH2 O, Y(아니요3 )3 ·6H2 오, (CH3 CO2 )3 어, 그리고 NaBF4 탈이온수에 따로 녹였습니다. BaY1-x-y 비율에 따라 F5 :xEr 3+ , yYb 3+ , Ba(OH)2의 용액 ·xH2 O, Y(아니요3 )3 ·6H2 오, (CH3 CO2 )3 어, Yb(NO3 )3, 및 NaBF4 테프론 컵에 담았습니다. 혼합물에 올레산과 에탄올을 일정 비율로 첨가하였다. NH3를 사용하여 혼합 용액의 pH 값을 9로 조정했습니다. ·H2 O. 30분 동안 자기 교반 후, 테플론 컵을 스테인리스 스틸 밀봉 오토클레이브에 유지하고 16시간 동안 200°C로 가열했습니다. 오토클레이브를 상온으로 자연 냉각시킨 후 생성물을 에탄올과 탈이온수로 각각 3회 원심분리하고 60°C에서 12시간 동안 건조시켰다.
X선 회절(XRD)은 2θ Cu Kα 방사선의 경우 10에서 70 사이의 범위입니다. 광발광 분광법(PL)은 980nm 레이저 다이오드의 연속파 여기 시 형광 분광계(FLS920, Edinburgh Instruments)에서 기록되었습니다. 주사전자현미경(SEM)과 에너지분산분광기(EDS)는 S-3400N-II에 기록되었습니다.
그림 1i는 BaYF5의 XRD 패턴을 나타냅니다. :20%Yb 3+ , 2%Er 3+ 다른 조건에 의해 합성됩니다. 모든 샘플의 회절 피크는 표준 정방정계 BaYF5로 쉽게 인덱싱될 수 있습니다. (JCPDS no.46-0039) 추가 위상 BaF2의 생성으로 인해 그림 1i(a) 제외 4.의 pH 값에서 pH가 4에서 9로 증가하면 샘플의 결정질이 향상되었습니다. 한편, BaF2 페이즈도 사라졌다. 다른 상의 추가 피크는 나타나지 않았으며, 이는 다양한 실험 조건이 샘플의 결정 구조에 거의 영향을 미치지 않는다는 것을 보여줍니다. 모든 회절 피크가 더 높은 2θ Er 3+ 의 반경 때문에 격자 상수가 작아진다는 것을 나타냅니다. 또는 Yb 3+ Y 3+ 보다 작습니다. [25, 26]. 또한, 반응 시간이 증가하면 회절 피크의 강도가 동시에 향상된다는 규칙을 쉽게 찾을 수 있습니다. 온도가 상승할 때도 유사한 결론이 도출됩니다. 위의 반응 조건이 BaYF5의 성장을 촉진할 수 있다고 결론지었습니다. 결정체. 특정 샘플의 EDS 스펙트럼 분석은 그림 1ii에 나와 있습니다. 그림과 같이 주어진 시료에 Ba, Y, F, Yb, Er 원소가 존재함을 확인하였다. XRD 및 EDS 결과에 따르면 Er 3+ 및 Yb 3+ BaYF5에 성공적으로 도핑되었습니다. . 그림 1v는 BaYF5의 SEM 이미지를 보여줍니다. 다양한 조건에서 합성됩니다. 그림 1v(A)에 표시된 대로 준비된 샘플은 크기가 약 45nm인 미소구체입니다. 그러나 어느 정도 미세하게 분산되거나 응집되지 않습니다. 그림 1i(c)의 XRD 다이어그램에 따르면 결정의 크기는 Scherrer 방정식으로 대략적으로 계산할 수 있습니다.
$$ D=K\감마 /B\ \cos \theta $$ <그림><소스 유형="이미지/webp" srcset="//media.springernature.com/lw685/springer-static/image/art%3A10 .1186%2Fs11671-017-2390-4/MediaObjects/11671_2017_2390_Fig1_HTML.gif?as=webp">
나 준비된 2%Er 3+ 의 XRD 패턴 , 20%Yb 3+ -코도핑된 BaYF5 , pH는 pH가 4인 (a)를 제외하고는 9와 같습니다. (a) 200°C, 16시간. (b) 200°C, 12시간 (c) 200°C, 16시간 (d) 200°C, 24시간 (e) 180°C, 16시간 (f) 220°C, 16시간 BaYF5의 표준 XRD 패턴 (JCPDS no.46-0039) 및 BaF2 (JCPDS no.85-1342)도 비교를 위해 제공됩니다. 이 XRD(d)에 해당하는 제품의 EDS. iii 200°C, (a) 12시간, (b) 16시간, (c) 24시간에서 합성된 샘플의 UC 방출 스펙트럼. iv 16시간 동안 합성된 제품의 UC 방출 스펙트럼. (a) 180°C, pH =9. (b) 200°C, pH =9. (c) 220°C, pH =9. (d) 200°C, pH =4. v 준비된 BaYF5의 SEM 이미지 다양한 조건에서 합성됩니다. (A) 200°C, 16시간 (B) 220°C, 16시간 (C) 200°C, 24시간
여기서 K 는 Scherrer 상수(K 0.89와 같음), γ 는 X선 파장(γ 0.15405nm와 같음), B 는 샘플의 회절 피크의 반값에서 전체 너비이고, θ 는 관찰된 피크의 회절각[27, 28]입니다. 2θ에서 가장 강한 회절 피크 강도 =26.689°는 결정의 평균 크기를 계산하는 데 사용되었습니다. 결정의 평균 크기는 SEM 차트를 관찰하여 크기(45nm)에 가까운 41.7nm로 추정됩니다. 도 1v(B)에 나타난 바와 같이 반응온도를 220℃로 증가시키면 입자의 분산도가 상대적으로 높아짐을 알 수 있다. 그러나 결정의 크기가 고르지 않고 약 180nm 크기의 더 큰 입자가 일부 나타났습니다. 반응 시간을 24시간으로 연장했을 때 나노결정은 균일한 입자 형태로 비교적 잘 분산되었다. 크기는 기본적으로 XRD 데이터의 추정치(24.9nm)와 일치하는 약 30nm입니다. 그림 1iii, iv는 BaYF5의 UC 발광 스펙트럼을 보여줍니다. :어 3+ /Yb 3+ 980 nm에서 여기 하에 다양한 실험 조건을 통해 합성되었습니다. Er 3+ 의 주요 방출 대역 2 의 결과로 520, 540, 654nm입니다. H11/2 → 4 나15/2 (녹색), 4 S3/2 → 4 나15/2 (녹색) 및 4 F9/2 → 4 나15/2 (빨간색) 전환, 각각. 도 1iii, iv에서 온도가 증가함에 따라 생성물의 결정 성장에 유리하며, 반응 시간을 연장시키는 반면 pH를 증가시키는 것은 동일한 효과를 갖는다. UC 발광 강도는 더 높은 결정질의 형성으로 인해 향상될 수 있습니다. 반응 시간을 연장하거나 pH를 4에서 9로 조정하면 나노 입자는 더 높은 분산과 더 균일한 크기로 인해 더 나은 결정성을 갖게 됩니다.
그림 2i는 BaYF5의 XRD 패턴을 보여줍니다. :x Yb, 2%Er(x =10%, 30%). 모든 회절 피크는 BaYF5의 표준 패턴과 완벽하게 일치합니다. 결정(JCPDS no.46-0039). 희토류 이온의 도핑이 결정 성장에 영향을 미치지 않음을 보여줍니다. 그림 2ii와 같이 Yb 3+ 일 때 농도가 10%에서 20%로 증가하면 UC 발광 강도가 Yb 3+ 까지 급격히 증가합니다. 농도 소광으로 인해 농도가 20%를 초과합니다. 20% 농도가 최적 농도라고 결론지었습니다.
<그림>
나 준비된 2%Er 3+ 의 XRD 패턴 , Yb 3+ -코도핑된 BaYF5 다른 Yb 3+ 를 사용하여 200°C에서 16시간 동안 합성 농도, (a) 10%Yb 3+ (b) 30%Yb 3+ , BaYF5의 표준 XRD 패턴 (JCPDS no.46-0039)도 비교를 위해 제공됩니다. 이 다양한 Yb 3+ 를 사용하여 16시간 동안 200°C에서 합성된 샘플의 UC 방출 스펙트럼 농도. (a) 10%Yb 3+ , (b) 20%Yb 3+ , (c) 30%Yb 3+
그림 3i는 BaYF5의 XRD 패턴을 보여줍니다. :Yb 3+ /Er 3+ 다른 계면 활성제를 첨가하여 얻은 나노 결정. 모든 회절 피크는 표준 카드 정방형 BaYF5와 완벽하게 일치합니다. (JCPDS no.46-0039). 5% 폴리에테르이미드(PEI)를 첨가하면 회절 피크의 강도가 향상되어 PEI가 BaYF5의 성장을 촉진할 수 있음을 나타냅니다. 결정체. 또한, 구연산을 첨가한 후 회절 피크가 더 낮은 각도로 이동합니다. 이것은 구연산염(CIT)을 첨가했을 때 시료의 세포 부피가 점차 커지는 것을 증명합니다. 다른 이유는 구연산이 결정 표면에 덮여 있고 희토류 이온이 호스트 격자에 도핑되기 어렵기 때문일 수 있습니다. 또한, 회절 피크는 CIT/Y =4:1로 약간의 흠집을 가지고 다른 피크와 달라집니다. 생각할 수 있는 이유는 BaYF5로 이어지는 높은 CIT 농도에 있습니다. 단위 셀 매개변수 변경 및 격자 왜곡. 도 3iii(A)에 도시된 바와 같이, 에탄올에 5% PEI를 첨가했을 때, 나노결정은 좁은 크기 분포를 갖는 다수의 구형 입자로 구성된 거대한 덩어리가 되었다. 그림 3iii(B)와 (C)는 CIT/Y =1:1 농도의 계면활성제를 첨가했을 때 상대적으로 결정의 전체 크기가 커짐을 보여준다. 다이어그램에서 볼 수 있듯이 일부 영역에서는 샘플이 명확한 경계 없이 집계되는 경향이 있습니다. 계면활성제 농도 비율이 4:1로 증가함에 따라 입자의 최대 크기는 4um으로 증가하고 표면은 다른 작은 구형 입자로 덮여 있습니다. 계면활성제 농도가 증가함에 따라 CIT 커버리지 용량이 향상되어 [29] 결정 클러스터가 형성됩니다. 그림 3ii에서 볼 수 있듯이 에탄올에 5% PEI를 추가하면 녹색 방출과 빨간색 방출이 모두 향상됩니다. PEI의 장쇄 아미노기는 배위를 통해 금속 이온과 복잡한 구조를 형성할 수 있습니다. PEI는 결정질을 향상시키기 위해 표면을 단단히 감싸서 입자 성장을 억제할 수 있습니다. 반대로 구연산을 첨가한 후 결정 크기의 확대와 희토류 이온 함량의 감소로 인해 UC 발광 방출이 크게 감소했습니다.
<그림>
나 준비된 2%Er 3+ 의 XRD 패턴 , 20%Yb 3+ -코도핑된 BaYF5 200°C에서 24시간 동안 합성됨, (a) 용매가 에탄올, (b) 용매가 95% 에탄올과 5% PEI로 구성됨, (c)-(e) 계면활성제로 시트르산이 첨가됨, CIT 대 Y의 비율 는 각각 1:1, 2:1 및 4:1입니다. BaYF5의 표준 XRD 패턴 (JCPDS no.46-0039) 또한 비교를 수행하기 위해 제공됩니다. 이 BaYF5의 UC 방출 스펙트럼 준비했다. (a) 용매가 에탄올, (b) 용매가 95% 에탄올 및 5% PEI로 구성됨, (c) CIT/Y =1:1, (d) CIT/Y =2:1, (e) CIT/Y =4:1. iii 농도가 다른 다양한 계면활성제를 첨가하여 합성한 샘플의 SEM 이미지. (A) 5% PEI, (B) CIT/Y =1:1, (C) CIT/Y =4:1
그림 4i는 다양한 불소 공급원에서 얻은 제품의 XRD 패턴을 보여줍니다. 불순물 피크가 나타나지 않아 불소 공급원의 변화가 BaYF의 결정화에 영향을 미치지 않음을 보여줍니다5 . NH4에서 얻은 샘플의 회절 피크 이동이 더 적다는 점은 주목할 가치가 있습니다. NaBF4에서 얻은 샘플보다 F 또는 NaF . 이것은 NH4 F와 NaF 출시 F − 무질서하고 빠르게 결정의 제어 합성의 어려움을 초래한다[30]. 결과적으로 희토류 이온은 호스트 격자로 들어가기 어려워집니다. 그림 4iii은 NH4를 사용한 샘플의 SEM 이미지를 나타냅니다. 불소 공급원으로서의 F 및 NaF. 입자는 5% PEI를 추가하여 합성된 나노결정과 유사합니다. 그러나 모양은 NaBF4에서 얻은 모양에 비해 더 불규칙합니다. . 그림 4ii에서 알 수 있듯이 NaBF4를 사용한 샘플은 불소 소스는 균일한 구 모양을 생성하는 결정 성장의 이점으로 인해 가장 높은 UC 방출 효율을 나타냅니다. 더 작은 크기의 입자는 더 많은 Er 3+ 을 가집니다. 서브미크론 표면에서 적색 및 녹색 방출의 전도 가속을 위해 더 많은 표면 진동을 유발합니다. 또한 Er 3+ 간의 거리는 작아지고 교차 이완이 발생합니다( 2 H11/2 + 4 나15/2 → 4 나9/2 + 4 나13/2 ). 결과적으로 녹색 밴드( 2 H11/2 , 4 S3/2 → 4 나15/2 )은 크기가 작을수록 담금질하기 쉽지만 빨간색 밴드( 4 F9/2 - 4 나15/2 ) 퀜칭하기가 더 어려워집니다[24, 31].
<그림>
나 준비된 2%Er 3+ 의 XRD 패턴 , 20%Yb 3+ -코도핑된 BaYF5 200°C에서 24시간 동안 합성됨; 편리한 비교를 위해 5% PEI를 추가했습니다. (a) 및 (b) 불소 공급원은 NH4 F 및 NaF, 각각. BaYF5의 표준 XRD 패턴 (JCPDS no.46-0039) 또한 비교를 수행하기 위해 제공됩니다. 이 샘플의 UC 방출 스펙트럼. (a) NaBF4 . (b) NH4 F. (c) NaF. iii 제품의 SEM 이미지 (A) NH4 F. (B) NaF
그림 5는 Yb 3+ 의 개략적인 에너지 준위를 보여줍니다. 및 Er 3+ . 한편, 980nm 레이저 여기에서 녹색 및 적색 방출의 생성을 설명하는 UC 발광 프로세스 메커니즘을 설명합니다. Yb 3+ /Er 3+ -코도핑된 BaYF5 시스템, 첫 번째 980nm 광자 Yb 3+ 흡수를 통해 2 의 이온 F7/2 바닥 상태가 여기 상태로 전환 2 F5/2 . 바닥 상태로 돌아가면 에너지가 Er 3+ 으로 전달됩니다. 4 를 채우는 이온 나11/2 상태. 두 번째 980nm 광자 또는 다른 여기 Yb 3+ 에서 에너지 전달 , Er 3+ 를 펌핑할 수 있습니다. 이온을 4 로 F7/2 수준. 낮은 에너지 상태 2 H11/2 그리고 4 S3/2 비방사성 붕괴 4 로 채울 수 있습니다. F7/2 상태. 2 에서 전자의 전송 H11/2 그리고 4 S3/2 4 까지 나15/2 접지 상태는 녹색 방출을 방출합니다. 또는 Er 3+ 4 의 이온 나11/2 상태는 또한 4 까지 비방사적으로 이완될 수 있습니다. 나13/2 상태. 4 F9/2 Er 3+ 상태 Yb 3+ 에서 광자의 흡수 또는 에너지 전달로 채워질 수 있습니다. . UC red 방출은 4 의 전환을 통해 발생합니다. F9/2 4 까지 나15/2 . 4 의 일부 전자 F9/2 레벨은 2 까지 가능합니다. H9/2 포논 보조 에너지 전달 과정을 통해 청색 방출을 관찰할 수 있습니다. 520, 540, 654nm의 방출 대역은 여기 준위 2 에서 전자 전달에 해당할 수 있습니다. H11/2 , 4 S3/2 , 및 4 F9/2 바닥 상태로 4 나15/2 / 3+ , 각각 [19, 32, 33].
<그림>
Er 3+ 사이의 에너지 준위의 개략도 및 Yb 3+
요약하자면 BaYF5 :20%Yb 3+ , 2%Er 3+ 편리한 solvothermal 방법을 통해 성공적으로 합성되었습니다. NaBF4의 사용이 발견되었습니다. 불소 공급원으로 사용하거나 5% PEI를 계면활성제로 첨가하면 UC 방출을 촉진할 수 있는 결정질 및 입자 분산을 효과적으로 개선할 수 있습니다. PEI와 비교하여 CIT 농도가 증가함에 따라 나노 입자가 점차 커지며 이는 발광 특성에 반비례합니다. 220°C의 24시간 열처리 온도를 통한 나노결정이 우수한 발광특성을 갖는 최적의 반응조건임은 자명하다. 이러한 거동은 균일한 크기가 크고 잘 분산되며 결정성이 높기 때문일 수 있습니다.
나노물질
3D 프린터를 소유하고 있고 일생에 한 번 이상 사용한 적이 있다면 지원의 존재를 모를 가능성이 거의 없습니다. 3D 프린팅의 일반적인 기능이지만 대부분 최적화되지 않은 방식으로 매개변수화됩니다. 이 기사에서는 지원 품질을 개선하면서도 처음부터 지원을 추가할 필요성을 줄이는 방법을 보여줍니다. 3D 프린팅에서 더 나은 결과를 얻으려면 돌출 각도가 45°보다 크거나 두 구조물 사이의 브리징 거리가 50mm를 초과하는 경우 지지대를 추가해야 합니다. 이러한 값은 성공적인 인쇄를 보장하기 위해 과소 평가되지만 압출 온도를 실행 가능한
전에 LM324 회로도를 본 적이 있습니까? 그렇다면 단일 배터리가 필요한 연산 증폭기 때문에 다른 코스에서 흔히 볼 수 있다는 것을 알아야 합니다. LM324로 무엇을 하거나 만들 수 있는지 궁금할 것입니다. 이 기사에서는 LM324로 만들 수 있는 다양한 프로젝트를 보여주고 LM324의 사양과 핀 배치를 알려줍니다. 준비 되었나요? 뛰어들어봅시다! LM324 회로:LM324 사양 LM324의 사양은 다음과 같습니다. 반전(-) 입력 핀과 출력 핀 사이에 피드백 저항을 배치하여 LM324의 단위 이득을 구성할 수 있습
