Sintesis Hidrotermal dan Sifat Konversi Sekitar 19 nm Sc2O3:Er3+, Yb3+ Nanopartikel dengan Penyelidikan Mendetail tentang Mekanisme Transfer Energi
Abstrak
Sc2 O3 :Er
3+
, Yb
3+
nanopartikel (NP) dengan ukuran sekitar 19 nm disintesis dengan proses hidrotermal (HT) yang dimediasi asam oleat sederhana. Difraksi sinar-X (XRD), mikroskop elektron transmisi (TEM), spektrum pendaran konversi (UCL), dan kurva peluruhan digunakan untuk mengkarakterisasi sampel yang dihasilkan. Sc2 O3 :Er
3+
, Yb
3+
NP yang dibuat dengan metode HT menunjukkan UCL yang lebih kuat, di mana UCL merah ditingkatkan dengan faktor 4, dibandingkan dengan sampel yang disiapkan dengan metode solvothermal (ST) pada konsentrasi ion lantanida yang dioptimalkan yang sama. Peningkatan UCL dapat dikaitkan dengan kelompok permukaan yang berkurang dan masa pakai yang lebih lama. Di bawah eksitasi panjang gelombang 980 nm, kurva peluruhan Er
3+
:(
2
H11/2 ,
4
S3/2 ) →
4
Saya15/2 dan
4
F9/2 →
4
Saya15/2 emisi untuk Sc2 O3 :Er
3+
, Yb
3+
Sampel NP keduanya berdekatan satu sama lain, yang dihasilkan dari transfer energi relaksasi silang dari Er
3+
ke Yb
3+
, diikuti dengan transfer energi kembali dalam Er
3+
. yang sama -Yb
3+
pasangan. Juga, di bawah kepadatan daya yang relatif rendah, kemiringan plot linier log (I ) vs. log(P ) untuk emisi merah dan hijau adalah 2,5 dan 2,1, menyiratkan adanya proses tiga foton. Hasil kami menunjukkan bahwa Sc2 O3 :Er
3+
, Yb
3+
NP adalah bahan yang sangat baik untuk mencapai UCL intens dengan ukuran kecil di bidang biologis.
Pengantar
Infrared to visible upconversion luminescence (UCL) telah dipelajari secara ekstensif untuk nilai fundamentalnya [1,2,3] dan berbagai aplikasi potensialnya dalam laser upconversion, bioimaging, pencitraan inframerah, sel surya, dll. [4,5,6,7 ,8]. Co-doping Er
3+
dan konsentrasi tinggi sensitizer Yb
3+
membentuk sistem upconversion transfer energi (ET) yang paling menarik [1]. Di bawah 980 nm eksitasi inframerah sensitizer Yb
3+
, sistem ini dapat menghasilkan emisi hijau dan merah yang berasal dari (
2
H11/2 ,
4
S3/2 ) →
4
Saya15/2 dan
4
F9/2 →
4
Saya15/2 transisi Er
3+
, masing-masing [9]. Pemilihan bahan inang yang tepat sangat penting dalam sintesis nanocrystals (NCs) yang didoping lantanida dengan sifat optik yang menguntungkan seperti efisiensi UC yang tinggi dan profil emisi yang dapat dikontrol. Aplikasi praktis memerlukan pengembangan bahan UC stabilitas tinggi yang lebih efisien dengan kepadatan eksitasi rendah [10, 11]. Bahan oksida biasanya sangat stabil secara kimia, mekanik, dan termal, dan karena itu dapat menjadi tuan rumah yang menjanjikan untuk aplikasi UC [3, 12,13,14,15,16]. Bahan sesquioxide kubik (seperti Y2 O3 , Lu2 O3 , Sc2 O3 , dll.) menampilkan karakteristik struktural dan sifat fisik tertentu. Misalnya, Y2 O3 menunjukkan UCL yang luar biasa sebagai inang oksida tipikal [3, 17]. Sc2 O3 memiliki parameter kisi terkecil. Panjang ikatan Sc–Sc yang pendek dalam Sc2 O3 dapat menghasilkan jarak pendek dalam Yb
3+
-Eh
3+
berpasangan, mempercepat Yb
3+
→ Er
3+
transfer energi. Dalam pekerjaan kami sebelumnya, Sc2 O3 :Er
3+
, Yb
3+
struktur nano diperoleh dengan menggunakan metode biphasic solvothermal (ST) [17]. UCL merah dalam sampel ini ditingkatkan, dibandingkan dengan sampel massal yang disintesis menggunakan reaksi solid-state (SS). Ukuran kristal rata-rata struktur nano telah berkurang menjadi sekitar 200 nm, yang mendukung aplikasi dalam pencitraan fluoresensi.
Berbagai teknik kimia, termasuk kopresipitasi, sintesis solvotermal (ST), metode hidrotermal (HT), pemrosesan sol-gel, dekomposisi termal, dll., Telah ditunjukkan untuk mensintesis UC NCs yang didoping lantanida [14, 18,19,20 ,21,22]. Optimalisasi prosedur sintesis sangat penting untuk mendapatkan NCs dengan ukuran kristal yang disesuaikan, morfologi, fungsionalisasi permukaan, dan sifat optik. Pendekatan HT adalah pilihan yang baik karena kenyamanannya, bebas dari polusi, dan kemungkinan mencapai kristalinitas yang memuaskan pada suhu yang relatif rendah [23]. Zhao dkk. menggunakan metode HT yang dimediasi asam oleat untuk sintesis UC NaYF4 nanorod, nanotube, dan nano-disk berpola bunga [20]. Chen dkk. menyiapkan Fe
3+
NaYF yang didoping bersama4 :Er, Yb UC NCs dengan metode HT menggunakan asam oleat sebagai ligan capping dan pengubah permukaan [24]. Dalam karya ini, Sc2 O3 :Er
3+
, Yb
3+
nanopartikel (NPs) dari 19 nm dengan diameter rata-rata telah pertama kali disintesis melalui metode HT sederhana yang dimediasi asam oleat. Kami menemukan UCL yang lebih kuat di Sc2 ini O3 :Er
3+
, Yb
3+
Sampel NP, di mana UCL merah ditingkatkan dengan faktor 4, dibandingkan dengan konsentrasi optimal yang sama Sc2 O3 sampel dengan metode ST. Peningkatan UCL dapat dikaitkan dengan kelompok permukaan yang berkurang dan masa pakai yang lebih lama. Selain itu, properti UCL dan mekanisme HT-Sc2 O3 :Er
3+
, Yb
3+
NP diselidiki oleh distribusi spektrum, ketergantungan daya, dan pengukuran seumur hidup.
Eksperimental
Persiapan Sampel
Sc2 O3 :Er
3+
, Yb
3+
sampel disiapkan dengan metode HT melalui hidrolisis garam mineral yang relevan dalam skema etanol. Bahan baku kemurnian tinggi Sc2 O3 , Er2 O3 , dan Yb2 O3 kekuatan dilarutkan dalam HNO encer3 dan air deionisasi masing-masing untuk mendapatkan larutan nitrat kationik. Sc(TIDAK3 )3 , Er(TIDAK3 )3 , dan Yb(TIDAK3 )3 larutan dengan rasio mol yang sesuai dilarutkan dalam etanol absolut (20 ml), diaduk untuk membentuk larutan yang homogen. Kemudian larutan natrium hidroksida berair (2 ml) ditambahkan tetes demi tetes ke dalam campuran di atas dengan pengadukan selama 30 menit, diikuti dengan penambahan asam oleat (1 ml), kemudian pengadukan kuat selama 1 sampai 2 jam. Suspensi yang dihasilkan ditempatkan dalam autoklaf baja tahan karat berlapis Teflon dengan kapasitas 50 ml dan dipanaskan pada suhu 180 °C selama 24 jam. Setelah autoklaf didinginkan sampai suhu kamar, secara alami endapan kemudian disentrifugasi dan dicuci beberapa kali dengan air deionisasi dan etanol absolut, masing-masing. Serbuk diperoleh setelah dikeringkan dalam oven vakum pada suhu 80 °C selama 15 jam dan dianil 700 °C selama 2 jam. Sebagai perbandingan, kami menyiapkan Sc2 O3 sampel disiapkan dengan metode ST pada suhu sintering yang sama 700 °C selama 2 jam [17].
Pengukuran dan Karakterisasi
Datum difraksi sinar-X serbuk (XRD) dikumpulkan menggunakan radiasi Cu-Kα (λ = 1.54056 ) pada difraktometer serbuk sinar-X (Rigaku D/Max IIA). Gambar transmisi mikroskop elektron (TEM) diperoleh dengan menggunakan mikroskop elektron transmisi (JEM-2000EX) yang beroperasi pada tegangan percepatan 200 kV. Spektrum UCL direkam dengan spektrofotometer (Hitachi F-7000) dan spektrum inframerah dilakukan dengan menggunakan spektrometer Triax 550 (Jobin-Yvon) yang dipompa dengan laser dioda 980 nm yang dapat dikontrol daya pada suhu kamar. Spektrum inframerah dalam mode transmisi diukur pada spektrometer Thermofisher Nicolet IS50 FT-IR, menggunakan tablet KBr yang ditekan. Dalam pengukuran masa pakai fluoresensi, osilator parametrik optik (OPO) disetel ke 980 nm sebagai sumber eksitasi, dan sinyal dideteksi oleh osiloskop digital Tektronix (TDS 3052).
Hasil dan Diskusi
Struktur yang dicirikan oleh pola XRD ditunjukkan pada Gambar 1a untuk sampel dengan metode HT dengan komposisi nominal Sc2 O3 :1%Er
3+
, y%Yb
3+
(x = 0, 5, 10, 15). Fase murni Sc2 O3 disintesis sesuai dengan kartu JCPDS 84-1884. Kisi inang menunjukkan struktur mineral bixbyite dengan \( Ia\overline{3} \) (T
h2 ) simetri [25]. Dalam struktur ini, Sc
3+
adalah enam kali lipat dengan jari-jari ionik efektif (0,745 ). Yb
3+
ion yang dimiliki jari-jari ionik besar (0,868 ) menempati Sc
3+
situs untuk memperluas volume sel kisi, membuat puncak XRD bergeser ke sudut yang lebih kecil seperti Yb
3+
konsentrasi meningkat seperti yang ditunjukkan pada pola yang diperbesar dari Gambar. 1b. Untuk lebih mengungkapkan morfologi dan distribusi ukuran, Sc2 . yang telah disiapkan O3 sampel dikarakterisasi dengan TEM. Gambar 2a menunjukkan gambar TEM dari HT-Sc2 O3 :1%Er
3+
, 5%Yb
3+
. Kami memperoleh NP bulat dengan ukuran yang relatif seragam dan monodispersitas yang baik. Gambar 2b menggambarkan histogram dari distribusi ukuran; data ini diperoleh dari gambar TEM lebih dari 300 NP. Diameter rata-rata NP ditentukan sekitar 19 nm.
a Pola XRD untuk HT-Sc2 O3 :1%Er
3+
, y%Yb
3+
(x = 0, 5, 10, 15) NP. b Pola yang diperbesar pada sudut difraksi berkisar antara 30° hingga 33°
a Gambar TEM dan b histogram distribusi ukuran HT-Sc2 O3 :1%Er
3+
, 5%Yb
3+
NP
Gambar 3 menunjukkan spektrum UCL dari Sc2 O3 :1%Er
3+
, 10%Yb
3+
(a) dan Sc2 O3 :1%Er
3+
, 5%Yb
3+
(b) sampel disiapkan dengan metode HT dan ST di bawah eksitasi 980 nm dengan kerapatan daya keluaran 3 mW mm
−2
. Pita emisi kuat yang berpusat pada ~ 550 dan 660 nm dikaitkan dengan 4f - 4f transisi elektronik Er
3+
:(
2
H11/2 ,
4
S3/2 ) →
4
Saya15/2 dan
4
F9/2 →
4
Saya15/2 transisi, masing-masing. Insets menyajikan foto-foto digital dari sampel yang sesuai. Ini mengungkapkan bahwa UCL telah ditingkatkan secara dramatis untuk sampel HT, dibandingkan dengan yang ST. Untuk HT-Sc2 O3 sampel, faktor peningkatan yang dihitung dari UCL merah adalah sekitar 4, dibandingkan dengan ST-Sc2 yang sesuai O3 sampel. Diketahui bahwa ukuran sampel berpengaruh terhadap intensitas UCL yang menurun seiring dengan penurunan ukuran. Namun, untuk HT-Sc2 O3 sampel, ia memiliki ukuran yang lebih kecil dan UCL yang lebih intensif. Ini menunjukkan HT-Sc2 O3 sampel adalah bahan yang sangat baik yang dimiliki UCL intens dengan ukuran kecil untuk bidang biologi.
Spektrum UCL dari Sc2 O3 :1%Er
3+
, 10%Yb
3+
(a ) dan Sc2 O3 :1%Er
3+
, 5%Yb
3+
(b ) sampel disiapkan dengan metode HT dan ST, masing-masing, dipompa di bawah eksitasi 980 nm. Sisipan menyajikan foto-foto digital dari sampel yang sesuai
Spektrum FTIR HT-Sc2 O3 :1%Er
3+
, 5%/10%Yb
3+
dan ST-Sc2 O3 :1%Er
3+
, 5%Yb
3+
/10%Yb
3+
sampel ditunjukkan pada Gambar. 4. Pita lebar sekitar 3429 cm
− 1
disebabkan oleh vibrasi ulur –OH dalam asam oleat (OA) dan air [26, 27]. 2925 dan 2850 cm
− 1
pita absorpsi diberikan pada vibrasi regangan asimetris dan simetris dari metilen (CH2 ) dalam rantai alkil panjang molekul OA. Ketajaman pita menunjukkan bahwa rantai hidrokarbon tersusun dengan baik. Peregangan metil anti-simetris (CH3 ) terlihat sebagai bahu di puncak 2975 cm
−1
. Pita pada 1200–1750 cm
−1
dapat ditetapkan untuk vibrasi C=O dalam molekul asam oleat dan CO2 di udara [28]. Transformasi menjadi karbonat mungkin terjadi pada permukaan kristalit selama perlakuan panas. Hasil ini membuktikan adanya ligan capping pada permukaan sampel. Gambar 4 menunjukkan intensitas serapan getaran –OH untuk ST-Sc2 O3 sampel lebih kuat. Intensitas grup permukaan untuk HT/ST-Sc2 O3 :1%Er
3+
, 10%Yb
3+
sampel keduanya lebih kuat dibandingkan dengan 5%Yb yang didoping bersama
3+
sampel. Kelompok permukaan yang melimpah dengan kuanta getaran besar yang tersedia dapat secara efisien meningkatkan proses MPR, mendorong penurunan pendaran.
Spektrum FTIR HT-Sc2 O3 :1%Er
3+
, 5%/10%Yb
3+
(a ) dan ST-Sc2 O3 :1%Er
3+
, 5%Yb
3+
/10%Yb
3+
(b ) sampel
Untuk mendeskripsikan dengan tepat mekanisme populasi di Er
3+
/Yb
3+
co-doping HT-Sc2 O3 sampel, ketergantungan distribusi spektral pada Er
3+
/Yb
3+
konsentrasi telah dipelajari secara rinci.
Spektrum UCL dari HT-Sc2 O3 :x%Er
3+
, 10%Yb
3+
(x = 0, 0,5, 1, 2) di bawah 980 nm eksitasi disajikan pada Gambar. 5a. Untuk Yb
3+
fixed tetap konsentrasi pada 10%, UCL terkuat diamati untuk Er
3+
konsentrasi sekitar 1%. Ketika Er
3+
konsentrasi melebihi 1%, intensitas mulai berkurang karena relaksasi silang (CR) dari Er
3+
ion [17]. Spektrum UCL dari HT-Sc2 O3 :1%Er
3+
, y%Yb
3+
, (y = 0, 5, 10, 15) disajikan pada Gambar 5b. Untuk Er
3+
Sc2 yang didoping tunggal O3 , emisi UC-nya sangat redup, yang telah diperbesar 100 kali. Proses ET dari Yb
3+
→ Er
3+
memainkan peran dominan untuk peningkatan UCL. UCL terkuat diamati untuk Yb
3+
konsentrasi 5% saat memperbaiki Er
3+
optimal yang optimal konsentrasi 1%.
Spektrum UCL HT-Sc2 O3 :x%Er
3+
, 10%Yb
3+
(x = 0, 0,5, 1, 2) (a ) dan HT-Sc2 O3 :1%Er
3+
, y%Yb
3+
, (y = 0, 5, 10, 15) (b ) di bawah eksitasi 980 nm
Spektrum emisi inframerah dekat dalam kisaran 1000-1700 nm untuk sampel varietas yang sama ditunjukkan pada Gambar. 6. Dalam Er
3+
/Yb
3+
sampel yang didoping bersama, foton 980 nm menggairahkan Yb
3+
:
2
F7/2 →
2
F5/2 yang menunjukkan fluoresensi pada 1000–1200 nm menarik Er
3+
ion menjadi
4
Saya11/2 tingkat melalui proses ET berbantuan fonon nonresonan [9]. Er
3+
ion di
4
Saya11/2 tingkat peluruhan secara nonradiatif ke
4
Saya13/2 tingkat, kemudian secara radiasi ke keadaan dasar memancarkan foton sekitar 1550 nm [9]. Pada Gambar 6a, sebagai Er
3+
konsentrasi meningkat, Yb
3+
emisi mengalami penurunan yang stabil yang membuktikan efisiensi Yb
3+
→ Er
3+
ET. Er
3+
emisi secara bertahap meningkat ketika Er
3+
konsentrasi meningkat dari 0 menjadi 1%, kemudian sedikit menurun sebagai akibat dari penyerapan sendiri Er
3+
ion. Pada Gambar 6b, Er
3+
:
4
Saya13/2 emisi meningkat secara bertahap saat Yb
3+
konsentrasi meningkat dari 0 sampai 5% tetapi kemudian mulai menurun. Sebagai Yb
3+
konsentrasi meningkat, Yb
3+
kapasitas penyerapan foton 980 nm ditingkatkan. Yb
3+
intensitas emisi terbukti meningkat. Sementara itu, saat jarak pasangan Yb-Yb dan Yb-Er menurun, migrasi energi yang ditingkatkan di antara Yb
3+
ion mempercepat ET dari Yb
3+
ke Er
3+
. Ini mengarah pada peningkatan populasi Er
3+
:
4
Saya13/2 level tetapi menurun satu dari Yb
3+
:
2
F5/2 tingkat. Karena pendinginan Er
3+
oleh Yb
3+
ion, emisi Er
3+
:
4
Saya13/2 →
4
Saya15/2 mencapai maksimum lalu turun.
Spektrum emisi inframerah-dekat dalam kisaran 1000-1700 nm untuk HT-Sc2 O3 :x%Er
3+
, 10%Yb
3+
(x = 0, 0,5, 1, 2) (a ) dan HT-Sc2 O3 :1%Er
3+
, y%Yb
3+
, (y = 0, 5, 10, 15) (b ) di bawah eksitasi 980 nm
Ketergantungan daya pemompaan Er
3+
:(
2
H11/2 ,
4
S3/2 ) →
4
Saya15/2 dan Er
3+
:
4
F9/2 →
4
Saya15/2 intensitas dalam HT-Sc2 O3 :1%Er
3+
, 10%Yb
3+
diukur di bawah eksitasi 980 nm dan diplot dalam skala logaritmik ganda pada Gambar. 7. Untuk proses UCL, intensitas UCL (IUCL ) tergantung pada daya laser pemompaan (P ) sebagai persamaan:SayaUCLPn dimana n adalah jumlah foton pemompaan yang diserap per foton yang dikonversi ke atas yang dipancarkan [29]. n nilai dapat diperoleh dari kemiringan plot linier antara log (I ) dan log (P ). Untuk proses ET dua langkah, n nilai secara teoritis kurang dari 2 karena persaingan antara peluruhan linier dan proses UC. Gambar 7 menunjukkan kemiringan n nilai untuk emisi merah dan hijau masing-masing adalah 2,5 dan 2,1 dalam kepadatan daya pompa yang rendah. Ini menunjukkan, kecuali untuk proses dua langkah, bahwa ada juga proses tiga foton di HT-Sc2 O3 :1%Er
3+
, 10%Yb
3+
NP [30, 31].
Kurva ketergantungan daya untuk Er
3+
:(
2
H11/2 ,
4
S3/2 ) →
4
Saya15/2 dan
4
F9/2 →
4
Saya15/2 transisi di HT-Sc2 O3 :1%Er
3+
, 10%Yb
3+
NP
Mekanisme upconversion digambarkan pada Gambar 8. Proses ET adalah sebagai berikut:
Diagram tingkat energi dan mekanisme konversi yang dominan di Sc2 O3 :Er
3+
, Yb
3+
NP di bawah pompa 980 nm
Untuk memverifikasi dan membuat interpretasi teoretis dari hasil UCL yang disebutkan di atas, kami menggunakan persamaan keadaan tunak yang disederhanakan.
Dimana σ adalah penampang serapan Yb
3+
ion, Aku adalah kekuatan pemompaan insiden, Ni adalah kepadatan penduduk i tingkat Yb
3+
, ni adalah kepadatan penduduk i tingkat Er
3+
terlibat dalam proses konversi, τi adalah masa hidup i tingkat Er
3+
dan τYb adalah masa pakai
2
F5/2 tingkat Yb
3+
, Ci mewakili koefisien ET dari Yb
3+
→ Er
3+
untuk langkah i = 1, 2, 3, 4, 5, dan A21 mewakili tingkat nonradiatif antara 1 dan 2 tingkat Er
3+
ion.
Dibandingkan dengan proses dua langkah, efisiensi UC dari proses tiga foton dari NIR ke terlihat menurun [32]. Selain itu, proses foton tinggi menonjol ketika daya pemompaan cukup tinggi. Kegembiraan Er
3+
:
4
F9/2 oleh ET ke Er
3+
:
2
H9/2 dapat diabaikan karena lemahnya pompa dalam percobaan kami. Dengan Persamaan. (4), intensitas emisi merah (IMerah ) dapat diperoleh dengan
Karena CR dari Er
3+
– Er
3+
interaksi tidak dipertimbangkan, seumur hidup, τ3 , adalah konstanta. Artinya, \( {\mathrm{I}}_{\mathrm{Merah}}\propto {\mathrm{I}}_{\mathrm{Yb}}{\mathrm{I}}_{{\ mathrm{n}}_1} \), di mana SayaYb dan Akun1 mewakili intensitas emisi Yb
3+
:
2
F5/2 dan Er
3+
:
4
Saya13/2 , masing-masing. 3 adalah tingkat radiasi emisi merah. I . yang dihitung Merah nilai pada berbagai Er
3+
/Yb
3+
konsentrasi disajikan pada Gambar. 9, diskalakan ke maksimum. Sebagai perbandingan, IMerah nilai yang diperoleh langsung dari spektrum emisi UCL juga digambarkan. I . yang dihitung dan eksperimental Merah tren konsisten satu sama lain dan mendapatkan nilai terbaik pada saat yang sama Er
3+
/Yb
3+
konsentrasi, menunjukkan validitas data eksperimen.
Intensitas emisi merah yang dihitung dan eksperimental (IMerah ) nilai pada berbagai Er
3+
/Yb
3+
konsentrasi. Intensitas ditingkatkan ke maksimum
Proses UC tiga foton hijau dan merah terjadi secara bersamaan menghasilkan peningkatan n . yang sesuai nilai-nilai. Sementara itu, n nilai proses UC merah meningkat lebih efektif daripada proses UC hijau. Pada Gambar 8, UCL hijau dan merah dapat diisi oleh CR, seperti Er
3+
:
4
G11/2 + Er
3+
:
4
Saya15/2 → Er
3+
:(
2
H11/2 ,
4
S3/2 ) + Er
3+
:
4
Saya13/2 dan Er
3+
:
4
G11/2 + Yb
3+
:
2
F7/2 → Er
3+
:
4
F9/2 + Yb
3+
:
2
F5/2 , masing-masing [31]. UCL hijau tiga foton adalah melalui proses relaksasi silang antara dua Er
3+
ion; namun, cross-relaksasi di UCL merah tiga foton adalah antara Yb
3+
dan Er
3+
ion. Sejak Yb
3+
konsentrasinya jauh lebih tinggi dari Er
3+
dalam percobaan kami, proses UC tiga foton merah lebih efektif daripada proses UC tiga foton hijau, menghasilkan peningkatan cepat n nilai untuk UCL merah. Selain itu, perlu dicatat bahwa semua proses tiga foton sedikit, jadi n nilai jelas menyimpang dari 3. Pada densitas daya pompa yang tinggi, dua kemiringan secara bertahap turun menjadi 1 karena proses UC menjadi dominan [33].
Kurva peluruhan Er
3+
:(
2
H11/2 ,
4
S3/2 ) →
4
Saya15/2 dan
4
F9/2 →
4
Saya15/2 transisi di HT-Sc2 O3 dan ST-Sc2 O3 sampel di bawah panjang gelombang eksitasi 980 nm telah diukur dan ditunjukkan pada Gambar 10. Waktu peluruhan untuk emisi merah dan hijau dihitung dengan mengintegrasikan area di bawah kurva peluruhan yang sesuai dengan intensitas awal yang dinormalisasi. Gambar 10a, b menunjukkan masa pakai emisi hijau dan merah di HT-Sc2 O3 :1%Er
3+
, 5%Yb
3+
lebih panjang dari pada ST-Sc2 O3 :1%Er
3+
, 5%Yb
3+
. Seumur hidup sebanding dengan populasi tingkat. Nilai yang lebih panjang menunjukkan UCL merah dan hijau yang lebih kuat di HT-Sc2 O3 Sampel. Dalam laporan kami sebelumnya, kami menemukan sampel kami memiliki nilai umur peluruhan yang lebih pendek daripada yang ada dalam literatur. Sebenarnya, waktu peluruhan Er
3+
:(
2
H11/2 ,
4
S3/2 ) →
4
Saya15/2 dan
4
F9/2 →
4
Saya15/2 emisi untuk HT/ST-Sc2 O3 :1%Er
3+
, 5%Yb
3+
sampel keduanya berdekatan. Jika Er
3+
:
4
F9/2 level diisi oleh proses MPR dari Er
3+
:(
2
H11/2 ,
4
S3/2 ) level, waktu peluruhan Er
3+
:
4
F9/2 pendekatan level dengan Er
3+
:
4
S3/2 tingkat. Namun, proses MPR ini tidak efisien untuk populasi Er
3+
:
4
F9/2 tingkat [17]. Ada mekanisme non-MPR lain untuk mengisi Er
3+
:
4
F9/2 level dari Er
3+
:
4
S3/2 tingkat. Mekanismenya melibatkan CR ET:Er
3+
:(
2
H11/2 ,
4
S3/2 ) + Yb
3+
:
2
F7/2 → Er
3+
:
4
Saya13/2 + Yb
3+
:
2
F5/2; lalu, di Er
3+
yang sama –Yb
3+
pasangan, transfer energi kembali (CRB) Yb
3+
:
2
F5/2 + Er
3+
:
4
Saya13/2 → Yb
3+
:
2
F5/2 + Er
3+
:
4
F9/2 terjadi [1]. Jika proses CRB mendominasi cara utama untuk populasi Er
3+
:
4
F9/2 level, waktu peluruhan Er
3+
:
4
F9/2 level harus hampir sama dengan waktu peluruhan Er
3+
:
4
S3/2 tingkat. Proses CRB cepat dan efisien pada kepadatan eksitasi rendah.
Kurva peluruhan Er
3+
:(
2
H11/2 ,
4
S3/2 ) →
4
Saya15/2 dan
4
F9/2 →
4
Saya15/2 transisi di HT-Sc2 O3 dan ST-Sc2 O3 sampel di bawah panjang gelombang eksitasi 980 nm
Gambar 11 menunjukkan spektrum UCL dari tiga sesquioxides khas di bawah eksitasi 980 nm. Sc2 O3 :1%Er
3+
, 5%Yb
3+
sampel menunjukkan UCL terkuat dalam rangkaian spektrum. Selanjutnya, garis emisi Er
3+
:
4
F9/2 tingkat di sisi energi terendah di Sc2 O3 bergeser ke sisi panjang gelombang yang lebih panjang sebesar 8 nm relatif terhadap yang di Y2 O3 . Jarak Sc-Sc terdekat adalah 3,27 dalam Sc2 O3 lebih pendek dari jarak Y-Y (3,752 ) di Y2 O3 [3, 17]. Rerata panjang ikatan Sc–O (2,121 ) dalam Sc2 O3 lebih pendek dari rata-rata panjang ikatan Y–O (2,263 ) di Y2 O3 . Er
3+
/Yb
3+
di Sc
3+
situs di Sc2 O3 mengalami medan kristal yang lebih kuat daripada di Y
3+
situs di Y2 O3 . Pergeseran merah spektrum dapat dikaitkan dengan pemisahan besar Er
3+
ion dalam Sc2 O3 tuan rumah. Morfologi Y2 O3 dan Lu2 O3 sampel juga dicirikan oleh TEM seperti yang ditunjukkan pada inset Gambar. 11a, b, masing-masing, untuk perbandingan. Partikel bulat yang diperoleh keduanya diaglomerasi menjadi massal. Dispersi dan keseragaman Sc2 yang lebih baik O3 NP yang disintesis dengan metode HT mendukung penerapannya dalam uji biologis dan citra medis.
Spektrum UCL Er
3+
/Yb
3+
bahan sesquioxide khas yang didoping bersama di bawah eksitasi 980 nm
Kesimpulan
Singkatnya, Sc2 O3 :Er
3+
, Yb
3+
NP sekitar 19 nm disintesis oleh proses HT sederhana yang dimediasi asam oleat. Sc2 O3 :Er
3+
, Yb
3+
NP dengan metode HT menunjukkan UCL yang lebih kuat, di mana UCL merah ditingkatkan dengan faktor 4, dibandingkan dengan konsentrasi optimal yang sama Sc2 O3 sampel dengan metode ST. Peningkatan UCL dapat dikaitkan dengan kelompok permukaan yang berkurang dan masa pakai yang lebih lama. Kelompok permukaan meningkatkan MPR, mendorong penurunan pendaran. Di bawah eksitasi 980 nm, kurva peluruhan Er
3+
:(
2
H11/2 ,
4
S3/2 ) →
4
Saya15/2 dan
4
F9/2 →
4
Saya15/2 emisi untuk HT-Sc2 O3 :1%Er
3+
, 5%Yb
3+
sampel berdekatan satu sama lain, yang dihasilkan dari mekanisme non-MPR untuk mengisi Er
3+
:
4
F9/2 level dari Er
3+
:
4
S3/2 tingkat. Mekanismenya melibatkan CR ET:Er
3+
:(
2
H11/2 ,
4
S3/2 ) + Yb
3+
:
2
F7/2 → Er
3+
:
4
Saya13/2 + Yb
3+
:
2
F5/2; lalu, di Er
3+
yang sama –Yb
3+
pasangan, transfer energi kembali (CRB) Yb
3+
:
2
F5/2 + Er
3+
:
4
Saya13/2 → Yb
3+
:
2
F5/2 + Er
3+
:
4
F9/2 terjadi. Di bawah kepadatan daya yang relatif rendah, kemiringan plot linier log(I ) vs log(P ) untuk emisi merah dan hijau masing-masing adalah 2,5 dan 2,1, yang lebih besar dari 2 karena adanya proses tiga foton. Dibandingkan dengan sesquioxides khas (Y2 O3 dan Lu2 O3 ), Sc2 O3 :1%Er
3+
, 5%Yb
3+
NP menunjukkan UCL yang lebih kuat. Selanjutnya, di Sc2 O3 garis emisi Er
3+
:
4
F9/2 tingkat di sisi energi terendah bergeser ke sisi panjang gelombang yang lebih panjang sebesar 8 nm relatif terhadap yang di Y2 O3 karena pemisahan mencolok Er
3+
ion dalam Sc2 O3 tuan rumah. Hasil menunjukkan Sc2 O3 :Er
3+
, Yb
3+
nanopartikel (NP) adalah bahan yang sangat baik untuk mencapai UCL intens dengan ukuran kecil di bidang biologi.
