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AM:锦上添花-稀土掺杂无机钙钛矿实现多模态发光

发布:RuiChaoDong    |    2020-10-11 23:49    阅读:675
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随着多功能光学材料的发展,科学家追求将不同光学性能的材料集成到单一材料中,这样能节省不同功能材料的开发带来的成本,提高新材料开发的效率。尤其是在防伪技术上,目前传统单一模态的紫外激发发光作为光学防伪的主要手段容易被破解。在防伪技术上,如何实现更复杂的多模态发光材料将是未来提升防伪力度的关键。因此,多模态发光,特别是能够同时实现上转换,下转移和X射线激发的发光材料成为了光学材料研究的难点和热点。这类多模态发光材料能广泛吸收不同能量(波长)的光,并将其转换成可见光供人们利用。

       特别是要实现单一材料的多模态发光具有一定的挑战性,大部分发光材料仅在某一特定波长的能量刺激下发光,如紫外光激发发光的下转移发光材料、近红外激光激发发光的上转换发光材料和X射线激发发光的闪烁体材料。目前多模态发光材料主要以双模态(上转换,下转移)为主,结合应力或热致发光来实现多模态。与此同时,X射线激发发光在多模态光学防伪中的应用研究目前仍然较少。对于这类材料的选择及设计要依托于材料的物理化学性能好、来源广、环境友好、制作工艺简单等特征。众所周知, 无机稀土掺杂发光材料因其具有丰富的能级结构、发光波长范围较广、能级寿命长等优势备受关注。特别是稀土掺杂钙钛矿具有稳定性好,合成简单等优点,因此具有广泛的应用前景。

南开大学材料学院稀土中心杜亚平教授和香港理工大学应用生物与化学科技学系黄勃龙教授合作,通过多功能离子掺杂,在双钙钛矿材料里成功实现了上近红外激光,紫外光和X射线激发同时存在的多模态发光。其中,稀土Yb3+与Er3+的掺杂实现了上转换发光,Bi3+的掺杂则促进了X-ray射线激发发光和下转移发光。该材料在X射线、紫外光和近红外(980 nm)激光照射下,分别实现了黄白色,亮白色和绿色三种不同颜色的发光。相比于商用CsI:Tl闪烁体材料,该材料的X射线探测极限能够达到8.2 nGY/s, 具有成为新型高敏感X射线探测闪烁体的潜力。并且该材料具有较高的湿度、高温稳定性、抗辐射稳定性。并且由于没有Tl(铊)、Pb(铅)等高毒性重金属,具有成为高稳定、环保闪烁体的潜力。同时,可用此多掺杂材料在防伪打印油墨领域也具有发展潜力,可以实现高强度的防伪,只有在特定激发光源下才可以显示防伪图案的细节信息,将目前单一紫外激发发光的防伪手段进一步提升。 

       理论计算研究表明,多元素的掺杂会引起的晶格内部八面体结构形变,从而导致了介电常数等性质变化。最终,这种由掺杂所引起的Jahn-Teller效应能够促进了电子的跃迁从而增强该材料在不同激发光源下的发光性能。此外,通过实验与理论计算均证实了这种多掺杂的手段能够有效降低晶格内缺陷的产生,这不仅能够增强材料的稳定性还抑制了由缺陷导致的发光猝灭,从而进一步保证这类发光材料的稳定性和优异发光性能。

        该工作对于未来制备简单有效的多模态发光材料用于X射线检测和防伪中提供了有效的参考,并且为未来进一步实现更多样化的多模态发光材料提供了新的思路。相关成果发表在Advanced Materials(DOI: 10.1002/adma.202004506)上。

消息来源: MaterialsViews

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