상향 변환 발광의 향상된 감도는 상향 변환 나노 입자(UCNP)의 적용에 필수적입니다. 이 연구에서는 UCNP에 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 및 은(Ag) 용액을 공동 도핑한 후 극세사를 제작했습니다. UCNP의 전송 손실 및 감도(tetrogonal-LiYF4 :Yb
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) Ag의 존재와 부재를 조사하였다. Ag(LiYF4)를 사용한 상향 변환 발광의 감도 :Yb
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/Ag)는 0.0095 K
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입니다. (LiYF4)로 감소 :Yb
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) 0.0065 K
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레이저 소스(980 nm)에서 303 K에서 Ag 없이. Ag가 포함된 UCNP 마이크로파이버는 Ag가 없는 것보다 전송 손실이 낮고 감도가 높으며 광학 응용 분야의 유망한 후보 역할을 할 수 있습니다. 이것은 손쉬운 방법을 통해 Ag 도핑된 극세사를 처음으로 관찰한 것입니다.
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배경
란탄족 이온과 공동 도핑 후 상향 변환 나노 입자(UCNP)는 이미징, 레이저 재료, 디스플레이 기술 및 태양 전지에 적용되기 때문에 많은 관심을 받았습니다[1,2,3]. UCNP의 낮은 형광 방출 효율은 란탄족 이온의 작은 흡수 계수로 인해 발생할 수 있습니다. 고분자 및 무기 기질에 금속 나노입자의 나노크기 분산은 나노복합체 재료의 새로운 물리적, 화학적, 생물학적 특성에 대한 큰 관심을 불러일으켰다[4]. 전자 부품, 광학 검출기, 화학 및 생화학적 센서, 장치의 추가 소형화의 잠재적인 응용 분야는 금속 나노 입자에 대한 흥미로운 가능성입니다. 또한 반도체는 CdSe, CdS, PbS, WO3와 같은 흡수 범위를 넓히기 위한 증감제로 사용되었습니다. , Cu2 오 [5, 6]. 이들 반도체 중 Cu2 O는 ~ 2.1 eV의 좁은 밴드 갭, 무독성, 저렴하고 풍부하지만 Cu2의 이종 구조로 인해 흥미로운 후보입니다. O/ZnO는 유망한 재료 구조입니다. Cu2의 기능적 통합, 새로운 인터페이스 효과의 속성으로 이어집니다. O 및 ZnO 재료[7]. 반면에, UCNP는 자가형광 조직 투과성 근적외선 레이저 여기, 비점멸 및 높은 화학적 안정성의 부재와 같은 반도체 양자점에 비해 우수한 특성을 나타냅니다[8]. 구형 나노입자 및 나노막대를 갖는 란타나이드 도핑된 물질의 합성은 많은 연구 그룹에서 연구되어 왔다[9]. UCNP 산화 문제는 고온에서 발생하여 응용 분야가 크게 감소했습니다. 산화를 피하기 위해 코어/쉘 구조가 산화를 극복하는 반면 SiO2 껍질은 나노 결정 주위에서 자랍니다. 미세 구조 광 검출기로 칩에 나노 결정 통합이 어렵습니다. 따라서, 마이크로튜브, 양자점이 도핑된 나노섬유 및 염료가 도핑된 폴리머 나노와이어가 성공적인 연구 이후 미세구조 광전자 기술에 사용되었다[10]. 이에 따라 나노와이어, 마이크로튜브 및 나노섬유가 제작되어 다양한 연구 그룹에서 열 감지 동작을 논의하는 데 활용되었습니다[11, 12].
그러나 금속 나노 입자(MNP)는 UCNP의 효율성을 향상시키는 것으로 간주되었습니다. 효율성과 감도를 향상시키기 위해 화학적 변형, 결정 구조 및 금속의 국부적 전계 조정을 포함한 다양한 전략이 제안되었습니다[13]. Er
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과 같은 금속 나노구조의 발광 향상을 위한 희토류 이온이 도핑된 발광 물질 연구 /Yb
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Ag 나노입자와 Er
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을 포함하는 공동 도핑된 비스무트 발아 유리 /Yb
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공동 도핑된 β-NaLuF4 금 나노입자 위에 스핀 코팅된 나노결정은 일관되지 않은 결과와 높은 감도로 보고되었습니다[14]. 또한, 응집 유도 방출(AIE)은 분산 용액보다 고체 상태에서 더 강한 형광을 방출할 수 있는 염료가 거의 없다는 독특한 형광 현상입니다[15,16,17]. AIE 현상에 대한 J-응집체 형성, 구조적 평탄화 및 꼬인 분자내 전하 이동을 포함한 다른 메커니즘은 이전에 연구원들에 의해 제안되었습니다[18,19,20,21,22]. 또한, AIE 특성을 갖는 물질은 다양한 분야의 유기발광다이오드, 케모센싱 및 바이오이미징에서의 잠재적인 응용을 위해 더 많은 연구 주목을 받고 있다[23,24,25,26,27]. 특히, 최근 AIE 활성형광유기나노입자의 제조가 주목받고 있다. AIE 염료를 포함하는 이러한 물질은 생리학적 용액에서 강한 발광을 방출할 수 있으며 이는 일반적인 유기 염료를 기반으로 하는 형광성 유기 나노입자의 응집으로 인한 소광 효과를 효과적으로 극복할 수 있습니다[28, 29]. AIE-active 형광성 유기 나노입자의 제조를 위한 많은 전략이 개발되었지만, 쉽고 효과적인 MCR(multicomponent reaction)을 통한 AIE-active의 제조는 실험 데이터와의 불일치로 인해 거의 주목을 받지 못했습니다 [30,31,32,33 ,34]. 따라서 염료의 독특한 AIE 특성은 초고휘도 발광 고분자 나노입자 제조에 매우 유망한 것으로 나타났습니다[35, 36].
최대 실험 연구에서 분말 샘플을 사용하여 응집 상호 반사의 영향에 대한 우려를 증가시킨 스펙트럼 측정을 수행했습니다. 따라서 위에서 언급한 단점을 극복하기 위한 쉽고 간단한 전략을 수립할 필요가 있습니다. 따라서, UCNP와 PMMA 용액을 함께 도핑한 후의 Ag 나노입자는 발광을 향상시키기 위해 극세사에 사용되었다. 그러나 Ag co-doped UCNPs to microfibers(UCNPs-MF)에 초점을 맞춘 결과는 설명되지 않았습니다.
여기에서 우리는 Ag 용액이 있거나 없는 UCNPs/PMMA에서 극세사를 준비하는 손쉬운 방법을 제시합니다. 특히, Ag의 광발광 특성과 Ag co-doped microfibers의 부재는 microfiber의 다양한 여기점에서 연구됩니다. 또한 온도 감지를 위해 980 nm 다이오드 레이저 소스를 다른 온도에서 여기하여 극세사 UC 발광 특성을 조사했습니다. 온도에 대한 통합 FIR의 의존성이 얻어지고 실험 데이터는 지수 함수로 잘 맞춰질 수 있습니다. 따라서 522 및 541 nm에서 2H11/2→4I15/2 및 4S3/2→4I15/2 수준의 전이를 갖는 단일 극세사를 사용하여 열 감도를 계산합니다.
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실험 및 방법 섹션
자료
은(Ag) 분말, 클로로포름, 시클로헥산, NaOH, NH4 F 및 에탄올은 중국 Shanghai Chemical Company에서 구입했습니다. 이 화학 물질은 분석 등급이었고 추가 정제 없이 사용되었습니다.
Tetrogonal-LiYF4 준비 :Yb
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나노입자
UCNP(정방형-LiYF4 :Yb
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) 열분해 기술을 사용하여 제조되었습니다. LnCl3을 포함하는 희토류 이온을 포함하는 100mL의 3구 플라스크를 사용했습니다. (Ln=Lu, Yb, Er)는 각각 78:22:1의 몰비를 갖는다. 용액은 15 mL 1-옥타데센(ODE)과 6 mL 올레산(OA)을 포함합니다. 혼합물을 150℃까지 가열하여 투명한 용액을 수득하고, 산소 및 잔류 수분을 제거한 후 실온으로 냉각시켰다. NH4의 4 밀리몰 F 및 2.5 mmol의 NaOH를 10 mL의 메탄올 용액이 들어 있는 플라스크에 천천히 첨가하였다. 확인을 위해 제조된 용액을 아르곤 분위기에서 1 시간 동안 50 °C/min의 속도로 300 °C로 가열한 후 30분까지 교반하여 불화물을 완전히 용해시켰다. 침전물을 4000 rpm의 속도로 분리하고 실온으로 냉각하고 에탄올로 세척하고 60 °C에서 12시간 동안 건조시켰다.
Ag 공동 도핑된 섬유의 제조
일반적인 제조 공정에서 0.003 g의 Ag, 0.005 g의 tetrogonol-LiYF4 :22%Yb
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/1%어
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, 및 0.6 g의 PMMA를 15 ml, 12 ml 및 18 ml의 사이클로헥산(C6 H12 ) 및 클로로포름(CH2Cl3 ) 솔루션, 각각. 그 후, PMMA의 혼합물을 Ag 및 UCNP 용액에 점차적으로 분배하고 투명한 용액이 얻어질 때까지 30분 동안 교반하였다. 화염 가열 드로잉 기술을 사용하여 팁 크기가 수 마이크론인 섬유 프로브를 제작했습니다. 혼합 용액을 유리 기판에 떨어뜨린 후 섬유 프로브를 혼합 용액에 담그고 빠르게 빼내어 극세사를 제조하였다. 그런 다음 그림 1과 같이 극세사를 당겨서 작은 조각으로 자릅니다.