最新Nature Communication: 二維負熱膨脹性能實現熒光粉的顯著熱增強發光

小藝 1年前 (2022-05-02) 2497瀏覽

【導讀】

熒光熱猝滅一直是制約發光材料在照明、顯示、光學溫度傳感、光學防偽等領域應用的關鍵因素之一。熒光熱猝滅是指發光強度隨著溫度升高而降低的現象，這主要由于溫度升高，基質晶格的振動加劇導致電聲相互作用增強以及無輻射躍遷概率增大，從而造成發光強度以及壽命減小。這種現象極大的限制了發光材料在高溫區的應用，導致器件性能退化，最終導致系統故障。近年來，國內外研究人員嘗試多種策略來改善稀土摻雜發光材料的熱猝滅性能, 但依然無法同時實現熱增強上轉換發光和下轉換發光。熒光熱增強（熒光負熱猝滅）的實現可以很好地保證材料在高溫區的信噪比和發光強度，在光學溫度傳感以及光學防偽材料等領域具有重要的應用價值。為此，目前研究人員通過對稀土摻雜負熱膨脹材料來實現熱增強的發光更多聚焦整體晶格收縮對熱增強上轉換發光研究，并沒有關注二維負熱膨脹材料晶格不同維度收縮特性導致局域結構變化對發光性能的影響，更沒有實現在寬溫域下同時熱增強上轉換和下轉移發光。為了實現和理清二維負熱膨脹材料稀土離子熱增強發光與負熱膨脹性質之間的關系，基于稀土摻雜二維負熱膨脹材料的負熱膨脹性質與發光性質的系統研究必不可少。

【成果掠影】

近日，江西理工大學廖金生教授課題組和中國科學院福建物質結構研究所陳學元研究員、涂大濤研究員和中國科學院寧波材料研究所邱報副研究員等學者合作以Sc₂(MoO₄)₃:Yb/Er二維負熱膨脹材料作為研究對象，利用其在二維層面熱縮冷脹的內稟特性，實現了在寬溫域下（298K-773K）的綠光上轉換發光和近紅外下轉換發光強度的顯著增強（分別增強了45倍和450倍）。同時利用原位變溫同步輻射X射線衍射（SXRD）、原位變溫Raman光譜、時間分辨光譜等研究方法揭示了二維負熱膨脹材料中稀土離子反常的熒光熱增強機理。該課題歷時三年多的深入研究，首次開發了二維負熱膨脹性質與稀土發光性質相結合的新材料，為稀土發光材料領域提供了限域能量傳遞的新機制，為推動材料科學、稀土光學器件和光物理等多領域的交叉融合開辟了新途徑。該論文以“Thermally boosted upconversion and downshifting luminescence in Sc₂(MoO₄)₃:Yb/Er with two-dimensional negative thermal expansion”為題發表在知名期刊Nature Communication上。