2021.01科学技术创新NaLuF 4上转换发光材料的光学与温敏性质研究 佟嘉欣邹鹏*
(长春理工大学理学院，吉林长春130022)
1概述近几年来，利用纳米材料对癌细胞进行光热备受关注。在适当的温度下，杀灭癌细胞的同时保证健康组织不受损伤是目前的研究重点。因此，对病灶组织持续的提供温度和局部位置的监测是至关重要的。随着纳米科学和纳米技术迅速发展，稀土发光纳米温度计被广泛研究。 由于稀土离子Lu 3+的4f 层为全充满状态，化学稳定性高。
新媒体环境且以较低声子能量的氟化物作为基质，
能有效减少非辐射损失并增大辐射发射，促进连续光子的吸收和能量转移。所以，
NaLuF 4作为基质进行稀土离子掺杂，
形成的发光纳米材料是稀土发光材料和纳米温度计的良好选择[1-2]。通过监测发光材料的荧光强度比（FIR ）等与温度的依赖关系，进行温度测量，为了提高温敏观察效果，可以增强材料的发光。目前，有很多增强稀土发光纳米材料荧光强度的方法。如表面等离子体耦合、染料敏
化增强、核壳包覆、离子掺杂。其中，
离子掺杂改变了基质晶体场的对称性[3]，4f 组态内能级间的跃迁禁戒状态被解除，
从本质上提高4f-4f 跃迁几率，增强稀土掺杂纳米材料的荧光强度。
所以，合成了NaLuF 4：Yb 3+，Ho 3+上转换纳米发光材料。
并对形貌、结构、发光性质、温敏性质进行分析。
通过碱金属离子Ca 2+掺杂，提高了材料的发光强度，然后进行了温敏性质研究。这种
具有良好的上转换发光性能和温敏性质的纳米材料，
有望在荧光成像和温度测量中发挥更大的应用价值。
2实验部分2.1试剂
硝酸镥（Lu （NO 3）3·6H 2O ，99.98%）、硝酸镱（Yb （NO 3）3
·5H 2O ，99.99%）、硝酸钬（Ho （NO 3）3·5H 2O ，99.9%）、硝酸钙（Ca （NO 3）2
·
4H 2O ，99.9%）、氟化铵（NH 4F ）、氯化钠（NaCl ）均购自aladdin 公
司，纯度为分析纯。使用的水试剂为超纯水（Ultrapure water ）、
无水乙醇为北京化工厂生产，
纯度为分析纯。2.2NaLuF 4：Yb 3+，Ho 3+纳米材料的合成采用溶剂热法制备NaLuF 4：Yb 3+，Ho 3+。初始反应物为Lu (NO 3)3·6H 2O 、Yb(NO 3)3·5H 2O 、Ho(NO 3)3·5H 2O ，Lu 3+/Yb 3+/Ho 3+的物质的量比为78/20/2，稀土物质的量总和为1mmol 。首先将初始反应物分散在5ml 水和20ml 乙醇溶液里，然后加入2mmol NaCl 和6mmol NH 4F ，搅拌形成均一溶液。最后放入101A-IE
电热鼓风干燥箱中，在180℃下加热反应17h 。Ca 2+离子掺杂
NaLuF 4：Yb 3+，Ho 3+纳米材料的制备方法同上，Lu 3+与Ca 2+的物质的量总和保持为0.78mmol ，其他用量不变。
3结果与讨论3.1结构表征钢筋混凝土结构预埋件
首先对NaLuF 4：Yb 3+，Ho 3+的结构进行表征，
中档化妆品
如图1所示。从上到下依次为NaLuF 4：Yb 3+，Ho 3+纳米材料及其标准卡片衍射峰，整体上与六方晶相NaLuF 4-JCPDS27-0726标准卡片相同。在17.477°、30.378°、31.294°、44.073°、54.336°位置的衍射
中央电视台直播阅兵峰对应（100）、（110）、（101）、（201）、（211）晶面，合成的样品是六方晶系，具有很好的结晶性。XRD 的衍射峰向小角度方向发生轻微偏移，因为Ho 3+、Yb 3+的半径大于Lu 3+，少量的Ho 3+、Yb 3+替
代Lu 3+，导致宿主晶格膨胀[4]。此外，存在39°的杂峰，可能在反
应中生成负产物NaF 。
图1NaLuF 4:Yb 3+,Ho 3+纳米粒子的衍射图样及NaLuF 4:
Yb 3+,Ho 3+标准图卡（JCPDS 卡片号；27-0726）3.2形貌表征
利用透射电子显微镜(TEM)对NaLuF 4：Yb 3+，Ho 3+纳米材料
形貌进行表征，如图2所示。可以看到，NaLuF 4：Yb 3+，Ho 3+纳米材
料虽有部分团聚，但是基本呈球形。
利用Image J 软件对该区域进行统计粒径，计算得到NaLuF 4：Yb 3+，Ho 3+纳米材料的平均尺
作者简介：佟嘉欣（1995，12-），男，汉，辽宁省鞍山市，
硕士，凝聚态物理。摘要：采用溶剂热法成功制备了NaLuF 4：Yb 3+，Ho 3+纳米材料，利用XRD 、TEM 对结构、形貌进行表征。研究碱金属离子
埃舍尔矛盾空间Ca 2+掺杂对NaLuF 4：Yb 3+，Ho 3+光学和温敏性质的影响。结果表明，NaLuF 4：Yb 3+，Ho 3+呈球形并具有六方相结构，Ca 2+掺杂增强了
材料的发光。在303K-333K 温度下荧光强度比测温拟合呈现指数曲线，具有良好的温敏性质。因此，NaLuF 4：Yb 3+，Ho 3+，Ca 2+具有良好的上转换发光性能，有望作为纳米温度计应用于温度测量。
关键词：上转换；离子掺杂；荧光增强；
温度敏感中图分类号:O469文献标识码:A 文章编号:2096-4390(2021)
01-0035-02
35--
科学技术创新2021.01
寸约为49.806nm 。
图2NaLuF 4：Yb 3+，Ho 3+的透射电子显微镜照片
3.3发光与温敏性质研究
由于碱金属离子Ca 2+与Lu 3+所带电荷不同，掺杂使得
NaLuF 4晶格中产生氟离子空位。且Ca 2+离子半径与Lu 3+不同，导致晶体场对称性发生改变，电子在4f-4f 轨道跃迁禁阻被打破，进而增强荧光[5]。
图3a 为Ca 2+掺杂NaLuF 4发光光谱，可以看出Ca 2+掺杂后的NaLuF 4荧光有了明显增强，与理论分析相符。图3a)Ca 2+掺杂NaLuF 4:Yb 3+,Ho 3+发光光谱b)303K-333K ，Ca 2+掺杂NaLuF 4:Yb 3+,Ho 3+变温光谱图然后对NaLuF 4：Yb 3+，Ho 3+，Ca 2+
温敏性质进行研究。在303K-333K 温度范围进行了变温荧光光谱测试（每5℃采集一次光谱），如图3
b 所示。图4a 为NaLuF 4：Yb 3+，Ho 3+，Ca 2+温度依赖性FIR 拟合曲线。FIR 为绿光（5F 4/5S 2→5I 8）与红光（5F 5→5I 8)的荧光强度比。随着温度的升高，
荧光强度比逐渐降低，根据拟合结果呈指数相关，具有较好的温敏性质。然后分析了Ca 2+掺杂的aLuF 4：Yb 3+，Ho 3+的温度测量性能，拟合计算了灵敏度，
如图4b 。随着温度的升高，Ca 2+掺杂的样品的相对灵敏度呈下降趋势。在303K 时具有最大灵敏度，为0.080%K -1。
图4a)303K-333K ，Ca 2+掺杂NaLuF 4:Yb 3+,Ho 3+温度依赖关
系荧光强度比.I 541/I 646拟合曲线b)对应灵敏度拟合曲线4结论利用溶剂热法成功制备了NaLuF 4:Yb 3+,Ho 3+。结果表明，
NaLuF 4:Yb 3+,Ho 3+呈球状并具有六方相结构，碱金属离子Ca 2+掺杂可以提高原来纳米材料的发光强度，增强近6.3倍。掺杂Ca 2+后，在303K-333K 变温下样品荧光强度比FIR 测温拟合呈现指数曲线，具有较好的温敏性质。在303K 时具有最大的测温灵敏度0.080%K -1。因此，NaLuF 4:Yb 3+,Ho 3+,Ca 2+纳米材料具有良好的上转换发光性能，有望应用于癌细胞成像和光热纳米温度计。参考文献[1]M.Y.Ding,D.Q.Chen,C.H.Lu,J.H.Xi,Z.G.Ji,Z.Z.Xu,Hydrothermal synthesis,energy transfer and lumi
nescent properties of β-NaLuF4:Ce 3+/Gd 3+/Sm 3+microcrystals,J.LUMIN.186(2017)109-116.[2]Y.L.Ding,T.H.Yang,N.Q.Yin,F.J.Shu,Y.Zhao,X.D.Zhang,Synthesis of novel branched β-NaLuF 4:Yb/Er upconversion luminescence material and investigation of its optical properties,OPT.MATER.79(2018)408-412.
[3]Q.Cheng,J.H.Sui,W.Cai,Enhanced upconversion
emission in Yb 3+and Er 3+codoped NaGdF 4nanocrystals by
introducing Li +ions,Nanoscale.4(2012)779-784.[4]H.Dong,G.P Zhu,M.Zhang,K.Dai,Q.Li,C.P Cui,
Efficiently visible and 2μm infrared emission in K 2YbF 5:Ce 3+/Ho 3+microcrystals,CURR.APPL.PHYS.20(2020)765-772.
[5]C.Z.Zhao,X.G.Kong,X.M.Liu,L.P.Tu,F.Wu,Y.L.
Zhang,et al.,Li +ion doping an approach for improving the crystallinity and upconversion emissions of NaYF4:Yb 3+,Tm 3+nanoparticles,Nanoscale.5(2013)
8084-8089.
500550600650700
(a)
5
F 5Σ5I 8
I n t e n s i t y (a .u .)
Wavelength (nm) NaLuF 4:Yb 3+,Ho 3+ Ca-doped Na L u F 4:Yb 3+,Ho 3+5
F 4,5S 2
5
I 8
500550600650700(b)I n t e n s i t y (a .u .)
表面电阻率Wavelength (nm) 303K
308K 313K 318K 323K
328K
333K
5F 4,5S 2(5I
8
5F 555I
8
F I R (I /I )
Temperature (K)
S e n s i t i v i t y (K -1)
T emperature (K)36--
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议