中国民航大学《美陶》：一种实时动态可逆控制的上转换发光新方法

编辑推荐：上转换（UC）发光调制在光开关、光存储器、光传感器件等有源元件的光控制和处理中起着非常重要的作用。本文报道了一种新型荧光粉，Ho3+/Yb3+掺杂的SrBi4Ti4O15陶瓷，它具有很强的UC发光和明显的光致变色反应。结果表明，这些样品在光学数据存储和防伪安全领域具有潜在的应用前景。

上转换（UC）发光材料在过去的十年里引起了人们越来越多的关注。到目前为止，人们通过改变荧光粉的晶体结构、化学成分、物相、纳米晶尺寸、表面基团等方法对荧光粉进行改性研究。然而，这些方法本质上是不可逆的过程，基于这些方法很难实现UC发射的可逆调制。

来自中国民航大学的研究人员发现一种实时、动态、可逆控制UC发光的新方法，对于我们理解发光的基本原理，拓展UC材料的应用领域具有重要意义。相关论文以题目为“Tunable up‐conversion luminescence in new Ho³⁺/Yb³⁺ doped SrBi₄Ti₄O₁₅ photochromic ceramics for switching application”在Journal of the American Ceramic Society期刊上发表。

论文链接

https://ceramics.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/jace.17597

以吸收两个或多个低能近红外（NIR）光子和在较短波长（即紫外和可见光）发射单个高能光子为特征的镧系（Ln³⁺）激活上转换（UC）发光材料在过去的十年里引起了人们越来越多的关注。与二次谐波产生（SHG）和双光子吸收（TPA）相比，由于非稳态量子力学态的参与，需要昂贵的脉冲激光（即飞秒脉冲激光）来实现激发，Ln³⁺基UC材料普遍采用了更高效的能量传递过程，因此可以由低成本的连续波激光器（即980nm激光器）激发。Ln³⁺离子的电子能级在UC化合物中产生了一系列连续的光子吸收和能量转移过程，这也为UC光谱调谐提供了更多的可能性。针对UC发光的各种应用（如显示器件、光开关和固体激光器），精确调节发光特性对于优化光学器件和系统的性能和加工具有重要意义。

近年来，可控外场（如电场、磁场、光辐照、机械应力和热刺激）的引入为荧光粉的发光特性的调整提供了新的契机。其中，光辐照因其易于接近而成为远程控制UC材料功能特性的首选工具。迄今为止，光刺激诱导的可逆发光调制在有机物中得到了广泛的研究光致变色（PC）系统。然而，有机材料的一些固有障碍是有限的它们广泛的实际应用。相比之下，无机化合物显示出许多有前途的优点，如优良的化学稳定性、热稳定性、机械强度和抗氧化性。为了适应未来新型光电器件的需求，设计和开发高性能的光开关无机材料是十分必要的。

图1。X射线衍射图SBT:xHo³⁺/Yb³⁺（x=0、0.005、0.02、0.05和0.1）样品（a）。（119）（b）和（020）（c）衍射峰的局部放大。

图2。UC发光调制机制示意图。

图3。连续交替405 nm辐照（3min）和200 ℃热处理（60s）10个循环过程中R和N的关系。

图4。电场调制UC发光原理图（a）。在50kV/cm直流电场作用下，辐照样品的UC发光光谱x=0.02。所有样品的归一化UC强度随t的变化（c）。

综上所述，作者用简单的高温固相法制备了一类新型的UC发光调制材料。对SBT:xHo³⁺/Yb³⁺陶瓷的微观结构、UC发光和PC性能进行了详细的研究。这些结果表明SBT:xHo³⁺/Yb³⁺陶瓷材料在光学数据存储和防伪安全材料方面具有广阔的应用前景。(文：爱新觉罗星)