中文名：利用纳秒时间分辨光谱研究Yb³⁺掺杂浓度对单颗β-NaYF4:Yb/Er微晶多波段上转换发光的影响
英文名：The impact of Yb3+ concentration on multiband upconversion in a single NaYF4：Yb/Er microcrystal determined via nanosecond time-resolved spectroscopy
作者：Wu S, He T, Guo F
链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2022/tc/d2tc03013f
概述
β相NaYF4是性能良好的上转换发光基质材料，Yb³⁺作为敏化离子承担捕获近红外光子、向Er³⁺激活离子传能的作用。以往研究大多是粉末集合体测试，难以规避颗粒不均带来的信号平均效应。该工作选取单颗β-NaYF4微晶，采用纳秒时间分辨光谱，定量分析Yb³⁺掺杂浓度对多波段上转换发光动力学、发光强度与能级弛豫路径的调控规律，为单颗粒上转换探针、微纳光源的参数优化提供依据。
主要内容
研究以β-NaYF4 microcrystals为基质，调控体系内Yb³⁺掺杂比例，保持Er³⁺浓度固定，生长一系列单分散六方相微晶。采用显微光学平台定位单颗微晶，开展稳态上转换光谱与纳秒时间分辨荧光动力学采集，记录绿光、红光不同发射波段的荧光衰减曲线。 实验结果显示，Yb³⁺浓度较低时，能量传递速率慢，红光发光信号偏弱；随着Yb³⁺掺杂比例升高，Yb-Yb之间的能量迁移概率提升，传递至Er³⁺的能量增加，绿光、红光强度同步上升；但当Yb³⁺浓度超过临界阈值后，浓度猝灭效应占据主导，发光强度回落，荧光寿命缩短。时间分辨数据区分了辐射跃迁、交叉弛豫、能量猝灭等多条竞争路径。单颗粒测试发现，同一批次微晶之间也存在发光动力学差异，和局部掺杂不均匀有关。文章建立动力学模型拟合传能速率常数，解释多波段上转换信号随敏化离子浓度变化的内在机理。
结论
Yb³⁺掺杂浓度可以精准调控β-NaYF4:Yb/Er微晶的多波段上转换发光行为，存在掺杂窗口，浓度过高会诱发浓度猝灭。基于单颗粒纳秒时间分辨光谱，可以剥离粉体平均效应，直接观测微观能级传能动力学。该研究为上转换微晶在单颗粒成像、防伪、微纳光学领域的配方优化提供定量实验支撑。
瑞禧产品描述
β-NaYF4 microcrystals六方相氟化钇钠上转换基质晶体，晶体结构有序，声子能量低，是Yb/Er、Yb/Tm等稀土掺杂上转换发光材料经典基质；形貌、尺寸可控，适合单颗粒光谱、荧光机理、光学成像、防伪标识等方向的基础光学研究。
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