(La0.97RE0.01Yb0.02)2O2S 나노형광체는 층상 수산화수소산염으로부터 변환되고 상향변환 광발광(RE=Ho, Er)의 조사
초록
순수 위상(La0.97 RE0.01 Yb0.02 )2 O2 S 상향변환(UC) 나노형광체(평균 결정자 크기 ~ 45 nm, RE=Ho, Er)는 수증기가 유일한 배출구로 1200°C에서 1시간 동안 흐르는 수소에서 열수 결정화된 층상 히드록실 황산염 전구체로부터 어닐링되었습니다. 978nm 레이저 여기(최대 2.0W)에서 Ho
3+
-도핑된 형광체는 ~ 546(
5
)에서 녹색(중간), 빨간색(약) 및 근적외선(강) 방출을 나타냈습니다. F4 →
5
나8 ), 658(
5
F7 →
5
나8 ) 및 763nm(
5
F4 →
5
나7 ), 각각 가시광선 영역(400-700nm)에서 약 (0.30, 0.66)의 안정적인 색도 좌표를 가지고 있습니다. 어
3+
-반면에 도핑된 UC 형광체는 약한 녹색을 나타냈습니다(~ 527/549nm,
2
H11/2 ,
4
S3/2 →
4
나15/2 ), 약한 적색(~668/672nm,
4
F9/2 →
4
나15/2 ) 및 강력한 근적외선(~ 807/58nm,
4
나9/2 →
4
나15/2 ) 가시 영역의 방출 색상이 여기 전력이 증가함에 따라 황록색 [(0.36, 0.61)]에서 녹색 [(0.32, 0.64)]으로 표류하는 발광. 전력 의존적 UC 발광의 분석은 RE=Ho 및 Er에 대해 각각 3광자 및 2광자 과정을 발견했으며 가능한 UC 메커니즘이 제안되었습니다.
<섹션 데이터-제목="배경">
배경
UC(Upconversion) 형광체는 장파장 복사선을 단파장 형광으로 변환하는 독특한 능력으로 인해 상당한 주목을 받고 있으며[1, 2], 고체 레이저[3], 다색 디스플레이[3] 분야에서 폭넓게 응용되고 있습니다. 4], 약물 전달[5], 형광 생물학적 표지[6], 태양 전지용 파장 변환기[7] 등. UC 형광체는 일반적으로 증감제/활성화제 쌍으로 호스트 격자를 도핑하여 형성되며, 여기서 증감제는 일반적으로 Yb
3+
입니다. 활성자는 종종 Ho
3+
입니다. , 어
3+
, 또는 Tm
3+
. Yb
3+
이기 때문입니다. 980nm 근적외선 레이저 여기를 효율적으로 흡수할 수 있으며 3가지 유형의 활성제는 순차적 광자 흡수 및 에너지 전달에 유익한 사다리와 같은 에너지 준위를 가지고 있습니다[8]. UC 발광의 기본 사항과 란탄족 상향변환의 에너지 전달은 Auzel [9] 및 Dong et al.의 리뷰 기사에서 찾을 수 있습니다. [10], 각각. Gai et al. [8] 최근 연성 화학 합성, 발광 특성 및 생물 의학 응용을 포함하여 하향 변환(DC) 및 UC 목적을 위한 희토류 마이크로/나노결정에서 달성된 최근 진행 상황을 정리했습니다. Wang et al. [11], 반면에 광학 온도 측정에서 희토류 이온이 도핑된 UC 및 DC 형광체의 응용 검토 기사에 광범위하게 요약되어 있습니다. UC 형광체의 특성은 호스트 격자의 유형, 증감제/활성화제 조합, 도펀트 농도, 입자/결정자 형태, 결정도, 여기력 및 도펀트 이온이 상주하는 실제 격자 사이트에 의해 크게 영향을 받습니다[8,9,10 ,11,12,13]. 예를 들어, Er
3+
-도핑된 육각형 Na1.5 Gd1.5 F6 인광체와 시간 분해 분광법을 통해
4
S3/2 Er
3+
레벨 Gd1(540 nm) 및 Na2/Gd2(550–555 nm) 결정학적 위치에서 별도로 발생하는 반면
4
에서 657nm 적색 방출 F9/2 수준은 Na2/Gd2 사이트에서만 발생합니다[12]. Er
3+
소설에 대한 최근 연구 -도핑된 투명 Sr0.69 라0.31 F2.31 반면에 유리 세라믹은
2
의 세 가지 열 결합 에너지 준위(TCL)에서 스펙트럼 분할, 열 담금질 비율, 인구 안정성 및 온도 민감도를 보여줍니다. H11/2 /
4
S3/2 ,
4
F9/2(1) /
4
F9/2(2) , 및
4
나9/2(1) /
4
나9/2(2) 980 nm 레이저의 펌프 파워에 의존하며 형광 강도 비율과 온도 사이의 관계를 설정하기 위해 새로운 피팅 방법이 개발되었습니다[13]. 희토류(RE) 할로겐화물(예:NaYF4 :Yb/Er)은 낮은 포논 에너지(ℏω <400 cm
−1
)로 인해 현재 가장 효율적인 UC 형광체입니다. ) [8, 10, 11, 14], 비록 합성에 관여하는 독성 원료와 많은 할로겐화물의 공기 민감성으로 인해 적용과 생산이 제한됩니다. 널리 조사된 UC 형광체의 또 다른 유형은 RE2입니다. O3 (예:Y2 O3 :Yb/Er), 상대적으로 높은 포논 에너지(ℏω ~ 600 cm
−1
; ~ 591cm
−1
Y2용 O3 및 612cm
−1
Lu2용 O3 ) [15] 그러나 광자-포논 결합으로 인해 UC 발광의 효율을 낮춥니다. 생체 적합성의 관점에서 Li et al. [16] 합성 Yb
3+
- 및 Ho
3+
- 열수 반응 및 Ho
3+
의 UC 발광을 통한 공동 도핑된 형석 인회석 결정(16 x 286 nm의 나노로드) 543 및 654 nm에서 980 nm 레이저 여기에서 2광자 프로세스를 통해 달성되었습니다. 결정은 또한 표면에 친수성 덱스트란을 접목한 후 명확한 형광 세포 영상을 나타냈다[16].
RE2 O2 S oxysulfide는 형광체 분야에서 중요한 화합물 계열이며 발광 응용 분야에서 산화물보다 유리할 수 있습니다. 예를 들어, S
2−
의 발생 → Eu
3+
Eu
3+
의 전하 전송 전환 -활성화된 RE2 O2 S는 유효 여기 파장을 ~ 400 nm까지 크게 확장하여 [17,18,19] Ye et al이 검토한 바와 같이 근자외선(365–410 nm) 여기 백색 LED에서 형광체를 적색 성분으로 유용하게 만듭니다. [20]. RE2를 합성하는 가장 성숙한 기술 O2 S는 고상 반응으로 높은 수율과 편의성의 장점이 있지만 높은 반응 온도, 제어할 수 없는 제품 형태, 특히 환경에 유해한 황 공급원의 사용이 명백한 단점입니다[21,22,23]. RE2의 황화 O3 by H2 S 또는 CS2 고온의 가스[24,25,26]는 RE2를 생성하기 위해 자주 사용되는 또 다른 전략입니다. O2 S. RE2의 제어된 합성을 위한 방법론 이후 O3 풍부하고 잘 발달되어 있습니다. RE2 O2 따라서 복잡한 절차가 산업적 생산에 덜 적합하지만 다양한 입자 형태를 갖는 S가 황화 경로를 통해 생산되었습니다. RE2에 대한 기타 기술 O2 S 합성에는 침전[27], 열수 반응[28], 2단계 용액 겔 고분자 열분해[29], 젤라틴 주형 합성[30], 겔 열분해[31], 용매열 감압 합성[32] 및 연소 [33]. 유해한 유황 공급원 또는 부산물의 관여(예:C2 S, H2 그러나 S, thiourea)는 여전히 피하기 어렵습니다. 황산염형 층상 희토류 수산화물(RE2 (OH)4 SO4 ∙2H2 오, SO4
2−
-LREH)는 2010년 [34]에서 앞서 언급한 문제를 해결할 수 있는 독특한 기회를 제공했습니다. 이 화합물 그룹은 RE2와 정확히 동일한 RE/S 몰 비율을 갖기 때문입니다. O2 S. RE2의 균일 가수분해 (SO4 )3 ·8H2 Na2가 있는 경우 O SO4 및 헥사메틸렌테트라민(C6 H12 N4 )은 SO4를 생성하는 고전적인 기술입니다.
2−
-LREH 그러나 란탄족 계열의 RE=Pr–Tb로 제한됩니다[34]. RE(NO3) 수용액을 반응시켜 화합물 그룹을 RE=La–Dy로 확장했습니다. )3 ·n H2 O 및 (NH4 )2 SO4 열수 조건에서 [17,18,19] RE2 O2 S는 SO4의 열분해를 통해 쉽게 생성될 수 있습니다.
2−
-환원 분위기의 LREH[17,18,19]. RE2 O2 S는 최근에 상대적으로 낮은 포논 에너지(ℏω ~ 500 cm
−1
) [1], 우수한 화학적 안정성, 할로겐화물에 필적하는 특히 높은 UC 효율[35, 36], 그러나 이러한 유형의 유망한 UC 형광체에 대한 연구는 아직 충분하지 않습니다[8, 10, 11, 37, 38]. 라
3+
비어 있지 않은 4f 궤도 이하이고 광학적으로 불활성이므로 그 화합물은 발광에 적합한 호스트 격자입니다. 따라서 이 작업에서는 La2를 합성했습니다. O2 열수 결정화된 SO4 어닐링을 통한 S:Yb/RE UC 형광체(RE=Ho, Er)
2−
- 흐르는 H2의 LREH , 발광 특성 및 UC 프로세스가 자세히 설명되었습니다.
방법
RE(NO3의 출발 물질 )3 ·6H2 O(RE=La, Ho, Er 및 Yb;> 99.99% 순도), (NH4 )2 SO4 (> 99.5% 순도) 및 NH3 ·H2 O 용액(28%, 초고순도)은 Kanto Chemical Co., Inc.(Tokyo, Japan)에서 구입하여 받은 그대로 사용했습니다. Yb
3+
/호
3+
- 및 Yb
3+
/Er
3+
-도핑된 La2 (OH)4 SO4 ·2H2 O는 열수 반응을 통해 별도로 합성되었습니다. 도펀트 함량은 Yb
3+
의 경우 2 at.%입니다. Ho
3+
모두에 대해 1 at.% 및 Er
3+
문헌 [39]에 따르면. 일반적인 합성 [17]에서 6mmol의 (NH4 )2 SO4 희토류 수용액 60ml에 용해시켰다(총 RE
3+
에 대해 0.1mol/L ), NH3의 적가 ·H2 O pH =9가 될 때까지. 15분 동안 계속 교반한 후, 생성된 현탁액을 100°C로 예열된 전기 오븐에서 24시간 동안 열수 결정화를 위해 100ml 용량의 테플론 라이닝된 오토클레이브에 옮겼다. 생성된 생성물을 원심분리를 통해 수집하고, 여과수로 3회, 에탄올로 1회 세척하고, 최종적으로 70℃에서 24시간 동안 공기 중에서 건조시켰다. 라2 O2 S:Yb/RE UC 형광체는 SO4에서 어닐링되었습니다.
2−
- 흐르는 H2의 LREH 전구체 (200mL/min) 1200°C에서 1시간 동안, 램프 단계에서 5°C/min의 가열 속도로
위상 식별은 니켈 여과 Cu-K를 사용하여 40kV/40mA에서 X선 회절법(XRD; Model RINT2200, Rigaku, Tokyo, Japan)을 통해 수행되었습니다. α 방사선(λ =0.15406 nm) 및 1°/min의 스캔 속도. 제품의 구조 매개변수는 TOPAS 소프트웨어를 사용하여 XRD 데이터에서 파생되었습니다[40]. 입자 형태는 10kV의 가속 전압 하에서 전계 방출 주사 전자 현미경(FE-SEM; Model S-5000, Hitachi, Tokyo)에 의해 관찰되었다. UC 발광 스펙트럼은 연속 파장(CW) 레이저 다이오드(모델 KS3–12322-105, BWT 베이징 Ltd., 베이징, 중국). 분광기의 신호/잡음비(S/N)는 ≥ 200이고, 형광체의 강한 UC 발광으로 인해 감도가 낮게 설정되었습니다. 실험 설정은 추가 파일 1:그림 S1에서 찾을 수 있습니다.
결과 및 토론
그림 1은 열수 생성물의 XRD 패턴을 보여주며, 각 경우에 모든 회절 피크가 La2의 층상 화합물로 잘 인덱싱될 수 있음을 알 수 있습니다. (OH)4 SO4 ·2H2 오 [17, 18]. SO4를 포함하는 수용액에서
2−
, 희토류(RE) 양이온은 수화 및 부분 가수분해를 거쳐 [RE(OH)x의 복합 이온을 형성합니다. (H2 오)y (SO4 )z ]
3-x -2z
[17,18,19]. 더 높은 온도 또는 용액 pH는 RE
3+
를 촉진합니다. 가수분해, 더 많은 OH
−
적은 SO4 동안
2−
(작은 SO4
2−
/OH
−
몰비) 착이온. 100°C 및 pH =9[17,18,19]의 최적화된 열수 조건에서 착이온은 적절한 SO4를 가질 수 있습니다.
2−
/OH
−
몰비, 따라서 목표 SO4
2−
-LREH 화합물은 축합 반응을 통해 결정화될 수 있습니다. 열수 제품의 구조 매개변수는 표 1에 요약되어 있습니다. (La0.97 호0.01 Yb0.02 )2 (OH)4 SO4 ·2H2 O는 더 큰 격자 상수(a , b , c ) 및 세포 부피(V )보다 (La0.97 어0.01 Yb0.02 )2 (OH)4 SO4 ·2H2 O. Ho
3+
(CN =9의 경우 1.072 Å)는 Er
3+
보다 큽니다. (CN =9의 경우 1.062 Å). 두 제품 모두 도핑되지 않은 La2보다 세포 상수와 세포 부피가 더 작습니다. (OH)4 SO4 ·2H2 O (SO4
2−
-LLaH), La
3+
라는 사실에 따라 네 가지 유형의 RE 이온 중 가장 큰(CN =9의 경우 1.216 Å)입니다. 다른 세포 매개변수는 고용체 형성의 직접적인 증거를 제공했습니다.
<그림>
(La0.97의 XRD 패턴 RE0.01 Yb0.02 )2 (OH)4 SO4 ·2H2 100 °C 및 pH =9에서 24시간 동안 열수 반응을 통해 얻은 O 층상 화합물
그림 2는 SO4에서 열처리된 제품의 XRD 패턴을 보여줍니다.
2−
- 흐르는 H2에서 1시간 동안 1200°C에서 LREH 전구체 . 회절 피크는 육각형 구조의 La2로 완전히 색인화될 수 있습니다. O2 각 경우에 S(공백 그룹:P- 3분 1; JCPDS 카드 번호 00-075-1930). SO4
2−
-LLaH는 La2로 분해됩니다. O2 SO4 La2의 반응을 통해 공기 중에서 최대 1200 °C (OH)4 SO4 ·2H2 O → 라2 (OH)4 SO4 + 2H2 O(탈수) 및 La2 (OH)4 SO4 → 라2 O2 SO4 + 2H2 O(탈수산화)[17]. H2에서 분위기, S
6+
SO4에서
2−
S
2−
로 축소됩니다. La2의 반응에 따라 O2 SO4 + 4H2 → 라2 O2 S + 4H2 O, 따라서 La2 O2 S는 유일한 부산물로서 수증기와 함께 생성될 수 있습니다[17]. (La0.97의 격자 매개변수 및 셀 부피 RE0.01 Yb0.02 )2 O2 S는 La2와 함께 표 2에 나와 있습니다. O2 에스 [17]. 더 작은 RE
3+
로 갈수록 감소하는 셀 치수 고용체의 성공적인 형성을 나타냅니다.
<그림>
(La0.97의 XRD 패턴 RE0.01 Yb0.02 )2 O2 흐르는 H2에서 계층화된 전구체로부터 소성된 S 상향변환 인광체 (200 ml/min) 1200 °C에서 1시간 동안. La2의 표준 회절 O2 S는 비교를 위해 막대로 포함됩니다.
그림 3은 적층된 전구체와 생성된 UC 형광체의 입자 형태를 보여줍니다. SO4
2−
-LREH는 측면 크기가 ~ 150–550 nm이고 두께가 ~ 20–30 nm인 나노판으로 결정화되었습니다. 나노플레이트는 1200°C에서 소성 시 상당한 분해를 거쳐 둥근 입자를 생성했습니다. 평균 결정자 크기는 UC 형광체에 대해 ~ 45 nm인 Scherrer 방정식으로 분석되었습니다.
<그림>
(La0.97의 FE-SEM 입자 형태 호0.01 Yb0.02 )2 (OH)4 SO4 ·2H2 오(아 ) 및 (La0.97 어0.01 Yb0.02 )2 (OH)4 SO4 ·2H2 오(b ) 계층화된 전구체 및 (La0.97 호0.01 Yb0.02 )2 O2 S(c ) 및 (La0.97 어0.01 Yb0.02 )2 O2 S(d ) 상향변환 인광체
그림 4a는 (La0.97 호0.01 Yb0.02 )2 O2 978nm 레이저 여기에서 S 형광체. ~ 546, 658 및 763 nm에서의 방출은
5
에 기인합니다. F4 →
5
나8 ,
5
F7 →
5
나8 , 및
5
F4 →
5
나7 Ho
3+
의 전환 , 각각 [36], 763nm NIR 방출이 우세합니다. Yb
3+
의 감작 효과 중요하며 2 at.% Yb
3+
를 코도핑하여 각각 ~ 15배 및 20배 더 강한 녹색(546nm) 및 NIR(763nm, 인간의 눈에 민감하지 않음) 방출을 생성했습니다. (추가 파일 1:그림 S2a). 50mW 레이저 펌핑에서 (La0.97 호0.01 Yb0.02 )2 O2 그림 4a의 삽입물에 표시된 것처럼 육안으로 S 형광체. 여기력에도 불구하고 가시광선 영역(400~700 nm)의 발광 스펙트럼에서 계산된 CIE 색좌표는 선명한 녹색의 전형적인 약 (0.30, 0.66)에서 안정적입니다(추가 파일 1:표 S1 및 그림 S3).
<그림>
상향변환 발광 스펙트럼(a )과 log(I그들 ) 및 로그(P ) (b ) (La0.97) 호0.01 Yb0.02 )2 O2 S 형광체, 여기서 I그들 그리고 피 는 각각 방출 강도와 여기 전력(와트)입니다. a의 삽입 는 978nm 레이저 여기의 50mW에서 강한 UC 방출의 모습을 보여주는 사진입니다.
일반적으로 불포화 상태에서 상위 방출 상태를 채우는 데 필요한 광자의 수는 I 관계식에서 얻을 수 있습니다. 그들 ∝피n
[41], 여기서 나는 는 발광 강도, P 펌핑력 및 n 레이저 광자의 수. 그림 4b는 로그(I그들 )-로그(피 ) 위 관계의 플롯, 여기서 n 값은 선형 피팅의 기울기에서 ~3.02, 3.14 및 2.92(약 3)로 결정되었으며 UC 방출은 각각 ~546, 658 및 763 nm에서 정점을 이뤘습니다. 따라서 결과는 관찰된 UC 발광을 생성하기 위해 3광자 과정이 관련되었음을 시사합니다.
원칙적으로 들뜬 상태 흡수(ESA), 에너지 전달(ET), 광자 사태라는 세 가지 기본 집단 메커니즘이 UC 과정에 관련될 수 있습니다[8,9,10]. 이 연구의 범위에서 전력 임계값이 관찰되지 않았기 때문에 광자 사태 메커니즘은 무시할 수 있습니다. Yb
3+
의 에너지 다이어그램 /호
3+
라2에서 O2 S는 거의 보고되지 않았으며 비교할 수 없습니다. 그럼에도 불구하고 Yb
3+
에 대한 이전 작업에서 3개의 포논을 포함하는 UC 발광이 나타났습니다. /호
3+
-코도핑된 기타 재료 시스템 [42, 43]. 따라서 (La0.97)의 에너지 다이어그램과 UC 과정 호0.01 Yb0.02 )2 O2 S는 이러한 이전 연구를 참조하여 그림 5에 구성되었으며 아래에 자세히 설명되어 있습니다. (1) Yb
3+
의 여기 레이저 광자[ESA;
2
F7/2 (Yb
3+
) + hv (978 nm) →
2
F5/2 (Yb
3+
)]; (2)
5
의 인구 나6 Ho
3+
의 에너지 수준 Yb
3+
이후 첫 번째 레이저 광자를 흡수하고 에너지를 Ho
3+
로 전달 [ET1;
2
F5/2 (Yb
3+
) +
5
나8 (호
3+
) →
2
F7/2 (Yb
3+
) +
5
나6 (호
3+
)]; (3)
5
로의 비방사성(NR) 완화 나7 Ho
3+
레벨 [NR;
5
나6 (호
3+
) ~
5
나7 (호
3+
)]; (4) Ho
3+
의 여기
5
에서 나7
5
까지 F5 Yb
3+
이후의 레벨 두 번째 레이저 광자를 흡수하고 에너지를 Ho
3+
로 전달 [ET2;
2
F5/2 (Yb
3+
) +
5
나7 (호
3+
) →
2
F7/2 (Yb
3+
) +
5
F5 (호
3+
)]; (5) NR 완화
5
나5 Ho
3+
레벨 [
5
F5 (호
3+
) ~
5
나5 (호
3+
)]; (6) Ho
3+
의 여기
5
에서 나5
5
까지 F4 /
5
S2 Yb
3+
이후의 레벨 세 번째 레이저 광자를 흡수하고 에너지를 Ho
3+
로 전달 [ET3;
2
F5/2 (Yb
3+
) +
5
나5 (호
3+
) →
2
F7/2 (Yb
3+
) +
5
F4 /
5
S2 (호
3+
)]; 및 (7) 채워진
5
에서 여기된 전자의 역점핑 F4 /
5
S2
5
레벨 나8 녹색 방출을 생성하기 위한 접지 상태(~546 nm,
5
F4 ,
5
S2 →
5
나8 ). 전자는 또한
5
로 이완될 수 있습니다. F5 및
5
나4 NR 프로세스를 통해 레벨, 빨간색(~658 nm,
5
F5 →
5
나8 ) 및 근적외선(~763nm,
5
나4 →
5
나8 ) 배출이 발생했습니다. ~763 nm의 강한 근적외선 UC 방출은 NR이
5
로 완화됨을 의미할 수 있습니다. 나8 에너지 수준이 상당합니다.
<사진>
(La0.97 호0.01 Yb0.02 )2 O2 S 형광체
2
F5/2 →
2
F7/2 Yb
3+
의 방출 전환 그리고
4
나15/2 →
4
나11/2 Er
3+
의 여기 전이 잘 어울리는 에너지를 가지므로 Yb
3+
/Er
3+
다양한 유형의 호스트 격자에서 UC 발광에 대해 가장 널리 조사된 활성제/감광제 쌍[8,9,10,11,12,13]. Ho
3+
과 유사함 , Er
3+
의 UC 방출 또한 Yb
3+
에 의해 극적으로 향상되었습니다. 코딩(추가 파일 1:그림 S2b). 예를 들어 527nm 녹색 방출을 취하면 Yb
3+
의 2 at.% 개선된 Er
3+
~ 14의 인자에 의한 발광. 978nm 레이저 여기에서 (La0.97 어0.01 Yb0.02 )2 O2 SUC 형광체는 녹색(~ 527 및 549 nm), 적색(~ 668 및 672 nm) 및 근적외선(~ 807 및 858 nm) 영역(그림 6a)에서 방출 대역을 나타내며, 이는 <섭>2
H11/2 /
4
S3/2 →
4
나15/2 ,
4
F9/2 →
4
나15/2 , 및
4
나9/2 →
4
나15/2 Er
3+
의 전환 , 각각 [32]. 가시광선 영역(400–700 nm)에서 UC 발광에 대해 결정된 색좌표는 CIE 색도 다이어그램의 황록색[(0.36, 0.61)]에서 녹색[(0.32, 0.64)] 영역으로 이동했습니다. 0.7 ~ 2.0W의 여기 전력(추가 파일 1:그림 S3b 및 표 S2). 색상 변화는 또한 녹색 대 적색 방출의 점진적으로 더 큰 강도 비율과 잘 일치합니다(I549 /나668 그리고 나527 /나668 , 추가 파일 1:더 높은 여기 전력에서 표 S3). Yb
3+
의 여기 전력 종속 방출 색상 조정 /Er
3+
쌍은 이전에 Y2에서 관찰되었습니다. O2 에스[44]. 방출 상태를 채우는 데 필요한 펌핑 광자의 수는 로그(I그들 )-로그(피 ) 플롯(그림 6b)이며 세 가지 배출 그룹은 유사한 n ~ 2의 값. 이것은 2-포논 프로세스가 관찰된 UC 발광에 주로 책임이 있음을 나타냅니다.
<그림>
상향변환 발광 스펙트럼(a )과 log(I그들 ) 및 로그(P ) (b ) (La0.97) 어0.01 Yb0.02 )2 O2 S 형광체, 여기서 I그들 그리고 피 는 각각 방출 강도와 여기 전력(와트)입니다. a의 삽입 (La0.97)의 강한 UC 방출을 보여주는 사진입니다. 어0.01 Yb0.02 )2 O2 978nm 레이저 여기의 50mW 미만 S
(La0.97의 UC 발광으로 이어지는 에너지 다이어그램 및 광자 과정 어0.01 Yb0.02 )2 O2 S는 도 7에 개략적으로 도시되어 있다. 여기 상태 흡수 및 Yb
3+
→ 어
3+
에너지 전달 여기(excitation)는 주로 UC 메커니즘에 관여하며 후자가 지배적입니다[8,9,10,11,12,13,14, 39, 43]. 978nm 레이저로 여기되면
2
F7/2 Yb
3+
의 바닥 상태 전자
2
로 펌핑됩니다. F5/2 들뜬 상태(ESA).
2
이후 F5/2 Yb 레벨
3+
그리고
4
나11/2 Er
3+
레벨 서로 잘 어울리고 Yb
3+
의 에너지 전달 Er
3+
까지 쉽게 발생합니다. 어
3+
따라서 전자는
4
에서 여기될 수 있습니다. 나15/2
4
에 대한 접지 상태 나11/2 Yb
3+
에서 전달된 에너지 수준 (하나의 광자, ET1). Er
3+
의 흡수 단면적 Yb
3+
보다 작습니다. ~ 980 nm [42, 45]에서 에너지 전달(ET)이 Er
3+
의 실제 여기를 지배합니다. .
4
에서의 여기 에너지 나11/2 수준이 비방사적으로(NR)
4
로 완화될 수 있음 나13/2 전자가
4
까지 여기될 수 있는 수준 F7/2 두 번째 레이저 광자(ET2)의 ET에 의한 상태. NR 프로세스 후, 3개의 방출 그룹(그림 6a)은 그림 7에 표시된 전자 전이를 통해 생성될 수 있습니다. 전체 UC 프로세스의 광자 반응은 다음과 같이 표시될 수 있습니다. (1)
2
F7/2 (Yb
3+
) + hv (978 nm) →
2
F5/2 (Yb
3+
) 및
4
나15/2 (Er
3+
) + h ν(978nm) →
4
나11/2 (Er
3+
); (2)
2
F5/2 (Yb
3+
) +
4
나15/2 (Er
3+
) →
2
F7/2 (Yb
3+
) +
4
나11/2 (Er
3+
); (3)
4
나11/2 (Er
3+
) ~
4
나13/2 (Er
3+
); (4)
2
F5/2 (Yb
3+
) +
4
나13/2 (Er
3+
) →
2
F7/2 (Yb
3+
) +
4
F7/2 (Er
3+
); (5)
4
F7/2 (Er
3+
) ~
2
H11/2 /
4
S3/2 (Er
3+
),
4
F9/2 (Er
3+
) 및
4
나9/2 (Er
3+
); 및 (6)
2
H11/2 /
4
S3/2 (Er
3+
) →
4
나15/2 (Er
3+
) + hv (~527 및 549nm),
4
F9/2 (Er
3+
) →
4
나15/2 (Er
3+
) + hv (~668 및 672nm) 및
4
나9/2 (Er
3+
) →
4
나15/2 (Er
3+
) + hv (~807 및 858 nm). 앞서 언급한 방출 색상 변화는
4
F7/2 (Er
3+
) 더 높은 여기 전력에서 에너지 준위 및
4
F7/2 (Er
3+
) ~
2
H11/2 /
4
S3/2 (Er
3+
) NR 프로세스가
4
보다 연속적으로 강해집니다. F7/2 (Er
3+
) ~
4
F9/2 (Er
3+
).
<그림>
(La0.97)에 대한 에너지 준위 및 UC 과정의 개략도 어0.01 Yb0.02 )2 O2 S 형광체
결론
(라0.97 RE0.01 Yb0.02 )2 O2 S 상향변환(UC) 나노형광체(RE=Ho, Er)는 흐르는 H2에서 층상 하이드록실 설페이트 전구체의 열분해를 통해 성공적으로 생성되었습니다. 1200 °C에서 수증기가 유일한 배출구로 사용됩니다. 전구체는 ~ 150–550 nm의 측면 크기와 ~ 20–30 nm의 두께를 갖는 나노플레이트로 결정화되며, 열분해 시 둥근 나노입자(평균 결정자 크기:~ 45 nm)로 분해됩니다. oxysulfide 형광체는 Ho
3+
에 대한 3광자 프로세스를 통해 978nm 레이저 여기에서 강력한 UC 발광을 나타냅니다. Er
3+
에 대한 2광자 프로세스 . 가시 영역(400–700 nm)의 UC 발광의 경우 색도 좌표는 (La0.97 호0.01 Yb0.02 )2 O2 S는 (0.30, 0.66) 부근에서 안정한 반면, (La0.97) 어0.01 Yb0.02 )2 O2 S는 약 (0.36, 0.61)에서 (0.32, 0.64)로 변경되었으며 가진력은 0.7에서 2W로 증가했습니다.
