稀土發(fā)光材料及其應(yīng)用

稀土發(fā)光材料及其應(yīng)用相關(guān)文獻專題稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光機制與稀土發(fā)光的相關(guān)文獻介紹3稀土發(fā)光材料介紹12相關(guān)文獻4稀土稀土就是化學(xué)元素周期表中鑭系元素——鑭(La)鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、钷(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)、镥(Lu)，以及與鑭系的15個元素密切相關(guān)的兩個元素——鈧(Sc)和釔(Y)共17種元素，稱為稀土元素(RareEarth)。稀土元素的電子結(jié)構(gòu)1S22S22P63S23P63d104S24P64d104f0?145S25P65d0?16S2

稀土發(fā)光的特點發(fā)光的本質(zhì)是能量的轉(zhuǎn)換，稀土之所以具有優(yōu)異的發(fā)光性能，就在于它具有優(yōu)異的能量轉(zhuǎn)換功能，而這又是由其特殊的電子層結(jié)構(gòu)決定的。稀土的發(fā)光和激光性能都是由于稀土的4f電子在不同能級之間的躍遷而產(chǎn)生的。在f組態(tài)內(nèi)不同能級之間的躍遷稱為f－f躍遷；在f和d組態(tài)之間的躍遷稱為f－d躍遷。其光譜大概有30000條。從而產(chǎn)生豐富的電子能級，可吸收或發(fā)射從紫外光、可見光到近紅外區(qū)各種波長的電磁輻射(特別是在可見光區(qū)有很強的發(fā)射能力)，使稀土發(fā)光材料呈現(xiàn)豐富多變的熒光特性+3價稀土離子的發(fā)光特點

①具有f--f躍遷的發(fā)光材料的發(fā)射光譜呈線狀，色純度高；②熒光壽命長；③由于4f軌道處于內(nèi)層，材料的發(fā)光顏色根本不隨基質(zhì)的不同而改變；④光譜形狀很少隨溫度而變，溫度猝滅小，濃度猝滅小。在+3價稀土離子中，Y3+和La3+無4f電子，Lu3+的4f亞層為全充滿的，都具有密閉的殼層，因此它們屬于光學(xué)惰性的，適用于作基質(zhì)材料。從Ce3+到Y(jié)b3+，電子依次填充在4f軌道，從f1到f13，其電子層中都具有未成對電子，其躍遷可產(chǎn)生發(fā)光，這些離子適于作為發(fā)光材料的激活離子。

稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料上轉(zhuǎn)換發(fā)光是指吸收兩個或兩個以上低能光子而輻射一個高能光子的非線性發(fā)光現(xiàn)象，通常是指將近紅外光轉(zhuǎn)換成可見光。由于上轉(zhuǎn)換發(fā)光所吸收的光子能量低于所發(fā)射的光子能量，這種現(xiàn)象違背Stokes定律，因而又稱為反Stokes發(fā)光。目前，稀土離子的上轉(zhuǎn)換發(fā)光幾乎覆蓋了可見光的各個波段，他們在近紅外量子計數(shù)器、激光器、三維立體顯示、熒光粉和傳感器等方面己經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用。What'sUpconversion?Wang,F.&Liu,X.Upconversionmulticolorfine-tuning:visibletonear-infraredemissionfromlanthanide-dopedNaYF4nanoparticles.J.Am.Chem.Soc.130,5642–5643(2023).Figure2.Roomtemperatureupconversionemissionspectraof(a)NaYF4:Yb/Er(18/2mol%),(b)NaYF4:Yb/Tm(20/0.2mol%),(c)NaYF4:Yb/Er(25-60/2mol%),and(d)NaYF4:Yb/Tm/Er(20/0.2/0.2-1.5mol%)particlesinethanolsolutions(10mM).Thespectrain(c)and(d)werenormalizedtoEr3+650nmandTm3+480nmemissions,respectively.Figure3.Room

tempera-tureupconversion

emiss-ionspectra(normalized

toTm3+480nmemission)ofNaYF4:Yb/Tm(20/0.2-2mol%)particles

in

eth-anolsolutions(10mM)under980nmexcitationwitha600mW該作者的另一個工作

PhasetransformationinNaREF4structuresbylanthanidedoping.FWangetal.Nature463,1061-1065(2023)doi:10.1038/nature08777FWangetal.Nature463,1061-1065(2023)doi:10.1038/nature08777PhasetransformationinNaREF4structuresbylanthanidedoping.FWangetal.Nature463,1061-1065(2023)doi:10.1038/nature08777TEMcharacterizationofNaYF4:Yb/Er(18/2mol%)nanocrystalsdopedwithvariousconcentrationsofGd3+ions.FWangetal.Nature463,1061-1065(2023)doi:10.1038/nature08777PhotoluminescencestudiesofNaYF4:Yb/Er(18/2mol%)nanocrystalswithvaryingdopantconcentrationofGd3+.FWangetal.Nature463,1061-1065(2023)doi:10.1038/natur