近期，中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所環(huán)境安全監(jiān)測研究組(張洪武團隊)設(shè)計合成了一種高效的稀土摻雜雙模式發(fā)光材料。研究人員選取NaLuF4為基質(zhì)，將Ce3+和Nd3+共摻雜，通過簡便的水熱方法合成了NaLuF4:Ce3+, Nd3+熒光粉，在不同的激發(fā)條件下實現(xiàn)了通過在單粒子內(nèi)的高效的雙模式紫外光(UV)和近紅外二區(qū)光(NIR-II)的發(fā)射。
研究發(fā)現(xiàn)，較高的NaF/LnCl3比值不僅能夠促進NaLuF4:Ce3+, Nd3+熒光粉的晶相從四方相向六方相轉(zhuǎn)變、形貌由納米顆粒向微棱鏡的形狀演變，還能夠提高NaLuF4:Ce3+, Nd3+熒光粉的紫外和NIR-II發(fā)光性能。一方面，在X射線的照射下，由于Ce3+和Nd3+共摻雜的NaLuF4熒光粉具有5d→4f躍遷發(fā)射，顯示出較強的寬帶紫外輻射;另一方面，在808 nm激光的激發(fā)下，由于Nd3+離子的4F3/2→4I11/2和4F3/2→4I13/2電子躍遷，Ce3+-Nd3+共摻雜NaLuF4樣品產(chǎn)生了較強的NIR-II發(fā)射。同時，結(jié)合全面的光學(xué)性能測試，該研究探討了X射線和808 nm激光激發(fā)下Ce3+和Nd3+之間可能的發(fā)射和能量傳遞機制。詳細的能量傳遞機制如下圖所示。
該研究不僅為今后雙模式發(fā)光材料的研究奠定了理論基礎(chǔ)，而且也為雙模式發(fā)光材料在深部組織高分辨生物成像和治療方面的潛在生物應(yīng)用提供了新思路。相關(guān)研究成果以NIR-II luminescence and X-ray induced UV luminescence from Ce3+, Nd3+ co-doped NaLuF4 phosphors為題，發(fā)表在Journal of Alloys and Compounds上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、福建省國際合作重點項目等的資助。
NaLuF4:Ce3+, Nd3+在X射線和808 nm激光激發(fā)下的UV和NIR-II發(fā)射機理和能量傳遞機制
