NaGdF4：Yb3+/Ho3+納米棒上轉換發光的研究

高方綺 謝曉康

摘 要：本文研究的是通過溶劑熱法合成六方相的NaGdF4：Yb3+，Ho3+納米棒。當改變Yb3+離子的濃度時，X射線衍射（XRD）表現出得到的都為純的六方相的納米棒，通過透射電子顯微鏡（TEM）可以看到隨著Yb3+離子濃度的增大，NaGdF4納米棒尺寸發生了變化，由開始的30nm變為120nm.在激發光為980nm時，上轉換發射主要是541nm的綠光和644nm的紅光。并且當Yb3+離子的濃度由5mol%增加到50mol%，上轉換輸出光的顏色由綠光變為黃光。并對其機理進行了詳細的解釋。

關鍵詞：六方相的NaGdF4：Yb3+，Ho3+納米棒；上轉換熒光發射；溶劑熱法

稀土離子的上轉換發光是指當采用波長較長的激發光照射摻雜稀土離子的樣品時 ，發射出波長小于激發光波長的光的現象。如今，六方相NaREF4（RE=Y，Gd，Lu）被看作一種理想的上轉換基質材料，這是由于他們是單晶結構，低聲子能量和高化學穩定性。而NaGdF4與NaYF4或者NaLuF4相比較，不僅能產生相似的上轉換發射，并且由于基質中Gd3+離子的固有磁矩，NaGdF4在室溫下會顯現出磁性。因此，Ln3+離子摻雜NaGdF4在生物成像和磁共振成像劑有廣泛的研究。

1 實驗

合成NaGdF4摻雜Yb3+，Ho3+使用的是溶劑熱法。首先，將NaOH粉末溶解在去離子水中，再加入酒精，油酸，Ln（NO3）3溶液，在室溫下攪拌后加入NaF（1mol/L），攪拌之后將得到的溶液放入封閉的聚四氟乙烯反應釜中，在溫度為200℃下反應24h。待高壓反應釜冷卻到室溫后取出反應物，用去離子水和乙醇各洗滌3次之后，將所得產物在80℃下干燥，即得到白色的NaGdF4摻雜Yb3+，Ho3+的粉末晶體。

2 結果分析與討論

2.1 NaGdF4：xYb3+，2%Ho3+納米棒的結構和形貌

圖1的TEM圖可以更好的看到不同Yb3+離子濃度合成的六方相的NaGdF4納米棒的形貌和結構，從圖片中可以看出，合成的六方相的NaGdF4納米棒的長度和直徑隨著Yb3+離子濃度的增加也在增大。其長度由30nm變為120nm，直徑由10nm改變到40nm。而且隨著濃度的增加，納米棒的結晶度也在逐漸增大。

2.2 NaGdF4：xYb3+，2%Ho3+納米棒的光譜分析

從光譜中可以看到在450nm到800nm共包含4個發射峰，兩個比較強的峰分別在541nm和 644nm處，分別對應與5S2/5F4→5I8，5F5→5I8的輻射躍遷。三個比較弱的峰分別在484nm，580nm， 750nm 分別對應于5F3→5I8，3K7/5G4→5I7，5S2→5I7的輻射躍遷。當Yb3+離子濃度從5mol%增大到15mol%時，發射光的強度逐漸增大，且上轉換光譜中的綠光強于紅光發射，當Yb3+離子濃度增大到20mol%時，紅光和綠光的強度又都在逐漸減小，依舊是綠光發射比紅光強。但是Yb3+離子的濃度從20mol%逐漸增加時，出現了綠光強度逐漸減弱，而紅光強度又在逐漸增強，直到Yb3+離子的濃度增大到50mol%時，出現了上轉換光譜中的紅光強度強于綠光射。

2.3 上轉換發光機制

當Yb3+離子濃度由5mol%到15mol%時，Ho3+離子發射的熒光是在增強的，這是因為隨著Yb3+離子濃度的增大，Yb3+離子和Ho3+離子之間的距離就會縮小，Yb3+離子轉移給Ho3+離子的能量的可能性就會越大。隨后隨著Yb3+離子的濃度的繼續增大，Ho3+離子發射的強度逐漸減小，這是因為更多的Yb3+替換了基質中Gd3+的晶格位置，導致了晶胞收縮，使離子間的相互作用進而增強，濃度猝滅發生的可能性更大，所以隨著摻雜Yb3+濃度增加時，Yb3+離子和Ho3+離子之間發生了能量的反向轉移，Ho3+離子將能量轉移給Yb3+離子。當Yb3+離子的濃度的增大到30mol%時，出現了綠光的強度的減小和紅光強度的增大，這是由于Ho3+Ho3+之間發生的交叉弛豫：5S2/5F4（Ho3+）+5I7（Ho3+）→5I6（Ho3+）+5F5（Ho3+）和5F3（Ho3+）+5I8（Ho3+）→5F5（Ho3+）+5I7（Ho3+）.所以使5F5能級上的離子數增多，就會出現紅光強度增大，綠光強度減小。

3 結論

本文采用溶劑熱法制備了六方相的NaGdF4：x Yb3+，2%Ho3+納米棒，通過XRD和TEM得到了隨著Yb3+離子濃度的增大，納米棒的尺寸在增大，結晶度也在提高.當激發光980nm時，改變Yb3+離子的濃度，得到的輸出光的強度和紅綠比都發生了變化。當Yb3+離子濃度由5mol%增大到15mol%時，發射的熒光的強度逐漸在增大，而輸出光主要是以綠光為主，隨著Yb3+離子濃度增大到20mol%時，發射的熒光強度逐漸減小，這是因為濃度淬滅的原因，出現了能量的反向轉移。

基金項目：本文屬于2016年度西安培華學院校級科研項目：稀土摻雜上轉換光的研究（項目編號：PHKT16047）

作者簡介：高方綺（1988），女，碩士，主要研究方向：稀土摻雜上轉換發光。