華南理工張勤遠&周博AM：利用界面能量傳遞IET觀測能量遷移效應

【引言】

稀土摻雜上轉換納米發光材料因其優異的發光學性質在激光、顯示、光伏、生物成像、診療等諸多領域表現出巨大的應用潛力。近期研究發現，能量遷移在獲得光子上轉換以及發光調控方面具有獨特優勢。然而，能量遷移因與其他能量作用過程同時發生會被掩蓋，即使對于遷移離子單摻體系，在技術上也難以將遷移離子激發與入射光源直接激發區分開來。因此，能量遷移研究面臨巨大挑戰。

【成果簡介】

近日，華南理工大學發光材料與器件國家重點實驗室張勤遠教授&周博教授團隊與合作者廣東工業大學材料與能源學院陶麗麗副教授（共同通訊作者）提出了一種可實現微觀尺度觀測能量遷移的新策略。通過構建界面能量傳遞IET（Interfacial Energy Transfer）調控的敏化層-遷移層-監測層納米結構和選取適合的敏化離子與監測離子，成功觀測到Tb、Gd、Yb等稀土離子在納米尺度的能量遷移特性。研究同時發現，利用Yb的能量遷移特性可實現808nm激發的Eu、Tb長壽命上轉換發光。進一步利用時間門技術可有效識別依賴于長壽命存儲的信息，可望用于信息安全領域。該研究成果以“Probing energy migration through precise control of interfacial energy transfer in nanostructure”為題，發表在Adv. Mater.上(Frontispiece Paper)。

【圖文導讀】

圖1：IET調制的三層核殼結構模型構建

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a）S-A共摻體系中，能量遷移EM與能量傳遞ET同時發生示意圖；

b）M-單摻體系中，遷移離子M可同時被臨近離子和外來激發能量激發示意圖；

c）構建IET調制的三層核殼結構（敏化層-遷移層-監測層）用于觀測能量遷移效應。

圖2：構建Gd-Tb-Eu三層核殼結構觀測Tb-sublattice能量遷移

a）Gd-Tb-Eu體系能量傳輸過程示意圖；

b-d）納米顆粒樣品形貌表征與元素分布成像及光譜結果；

e）監測層Eu發光強度與遷移層Tb發光強度及壽命隨遷移層Tb離子濃度變化趨勢；

f）可見光發光顏色調控。

圖3：構建三層核殼結構觀測Gd-sublattice與Yb-sublattice能量遷移

a-c）Ce-Gd-Eu三層核殼結構觀測Gd-sublattice能量遷移：

a,b）能量傳輸過程示意圖與光譜結果；

c）監測層Eu發光強度與遷移層Gd發光強度及壽命隨遷移層Gd離子濃度變化趨勢；

d-g）Nd-Yb-Er三層核殼結構觀測Yb-sublattice能量遷移：

d-f）能量傳輸過程示意圖與光譜結果；

g）監測層Er發光強度與遷移層Yb發光強度及壽命隨遷移層Yb離子濃度變化趨勢。

圖4：長壽命上轉換與隱藏信息提取

a）實現808nm激發Tb和Eu長壽命發光的三層結構設計及染料敏化增強發光示意圖；

b）壽命結果；

c）時間門技術示意圖；

d）利用時間門技術提取長壽命信息（荷花圖案）。

【小結】

本研究成功構建了可用于微觀觀測能量遷移的三層納米結構設計，促進了納米尺度能量遷移特性的理解，可望進一步用于稀土相互作用基礎研究以及開發新型高效上轉換發光材料。

文獻鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201806308

?(Advanced Materials, 31, 1806308?(2019), DOI: 10.1002/adma.201806308).

【招聘信息】

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本文由華南理工大學發光材料與器件國家重點實驗室張勤遠教授&周博教授團隊供稿。

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