Revisitando a emissão de conversão ascendente de vermelho aprimorada de um único β-NaYF4:microcristal Yb / Er por dopagem com íons Mn2 +

Resumo

A presença de íons de manganês (Mn ²⁺ ) em nanomateriais co-dopados com Yb / Er resulta na supressão de verde (545 nm) e aumento da emissão de conversão ascendente (UC) de vermelho (650 nm), que pode atingir a emissão de banda vermelha única para permitir aplicações em bioimagem e distribuição de drogas. Aqui, revisitamos a emissão de UC multicolorida ajustável em um único Mn ²⁺ -dopado β-NaYF ₄ :Yb / Er microcristal que é sintetizado por um método hidrotérmico simples. Excitado por um laser de onda contínua (CW) de 980 nm, a cor do único β-NaYF ₄ :O microrod Yb / Er / Mn pode ser ajustado de verde para vermelho como o doping Mn ²⁺ íons aumentam de 0 a 30 mol%. Notavelmente, sob uma intensidade de excitação relativamente alta, uma banda de emissão recentemente emergida em 560 nm (² H _9/2 → ⁴ I _13/2 ) torna-se significativo e excede ainda mais a emissão verde tradicional (545 nm). Portanto, a relação de intensidade de emissão de vermelho para verde (R / G) é subdividida em tradicionais (650 a 545 nm) e novas (650 a 560 nm) R / G. Como o dopado Mn ²⁺ aumento de íons, essas duas relações R / G estão em sincronia com as mesmas tendências sintonizáveis em baixa intensidade de excitação, mas as regiões sintonizáveis tornam-se diferentes em alta intensidade de excitação. Além disso, demonstramos que a transferência de energia (ET) entre Mn ²⁺ e Er ³⁺ contribui para o ajuste da relação R / G e leva ao ajuste multicolorido do micro-bastão único. As propriedades espectroscópicas e a cor sintonizável do microrod único podem ser potencialmente utilizadas em telas coloridas e dispositivos microoptoeletrônicos.

Introdução

Photon UC em nanomateriais dopados com lantanídeos tem chamado muita atenção recentemente devido às suas propriedades espectroscópicas superiores [1, 2]. Como o infravermelho próximo (NIR) mais significativo para estruturas de UC visíveis, o UC sensibilizado por lantanídeos com base na ET de Yb ³⁺ para Er ³⁺ (Tm ³⁺ / Ho ³⁺ ) em β-NaYF ₄ os nanocristais têm sido estudados intensamente devido às suas aplicações promissoras em exibição colorida [3, 4], nanoscopia de super-resolução [5, 6], impressão de segurança [7, 8], materiais a laser [9,10,11] e luminescência biológica rótulos [12,13,14]. É bem conhecido que os íons lantanídeos têm uma abundância de 4f ^N estados eletrônicos, que normalmente geram emissões multibanda [15]. No entanto, as emissões multibanda impedem a imagem quantitativa de amostras direcionadas com várias sondas upconverting e reduzem a sensibilidade da imagem [16]. Portanto, alguns esforços têm sido feitos para alcançar emissões de UC de banda única [17,18,19]. Por exemplo, a introdução de metais de transição (Mn ²⁺ , etc.) em nanomateriais co-dopados com Yb / Er podem aumentar a razão R / G (650 a 545 nm) e atingir a emissão de banda vermelha única devido ao processo fortemente ET entre Er ^{3 +} e Mn ²⁺ [20,21,22,23,24].

Até o momento, alguns estudos foram realizados para investigar o Mn ²⁺ nanocristais Yb / Er dopados para aplicações em bioimagem [20, 25], sensor [26,27,28] e detecção de biomarcador [29]. Na verdade, em comparação com os nanocristais, os microcristais atraem mais vantagens para aplicações em dispositivos microoptoeletrônicos [30], display colorido volumétrico [31, 32] e microlasers [11] com base em sua alta cristalinidade e eficiência luminescente [33]. Consequentemente, é muito importante para nós estudarmos as propriedades de luminescência UC dos microcristais. No entanto, a maioria das medidas presentes nas amostras foram executadas por pós ou em solventes orgânicos, o que pode causar graves problemas de superaquecimento e ser influenciados por microcristais adjacentes [34]. Assim, explorar a luminescência UC e a cor sintonizável de um único microcristal pode efetivamente evitar a influência do ambiente e ampliar suas aplicações em dispositivos microoptoeletrônicos.

Além disso, excitado pelo laser CW de 980 nm, os materiais co-dopados com Yb / Er geralmente emitem emissões de UC em vermelho (650 nm) e verde (525 e 545 nm), bem como uma emissão de azul mais fraca (410 nm). Geralmente, as emissões de UC em vermelho e verde dominam os espectros, e a emissão em azul permanece relativamente fraca. Em comparação com essas três emissões de UC, outras emissões de UC são raramente observadas em materiais co-dopados com Yb / Er. Anteriormente, observamos um recém-surgido 560 nm (² H _9/2 → ⁴ I _13/2 ) emissão de um único β-NaYF ₄ :Yb / Er microcristal sob excitação saturada [35]. Conforme a intensidade da excitação aumenta, a emissão de 560 nm aumenta rapidamente e excede ainda mais a emissão verde tradicional (545 nm). No entanto, para materiais tri-dopados Yb / Er / Mn, a transição de ² H _9/2 → ⁴ I _13/2 (560 nm) em Er ³⁺ também atua como um canal ET preenchendo o nível ⁴ T ₁ de Mn ²⁺ , que, pelo que sabemos, não foi relatado ou explorado até agora. Assim, para materiais tri-dopados com Yb / Er / Mn, a supressão da nova emissão de UC verde (560 nm) e o ajuste da razão R / G permanecem amplamente desconhecidos. Portanto, como discutido acima, explorando as emissões de UC de um único β-NaYF ₄ :O microcristal Yb / Er / Mn pode nos ajudar a entender o ajuste da nova relação R / G e expandir seu escopo de aplicações em dispositivos microoptoeletrônicos.

Neste trabalho, sintetizamos Mn ²⁺ -dopado β-NaYF ₄ :Microcristais Yb / Er através de um método hidrotérmico simples. As propriedades de emissão de UC e a cor de luminescência relevante de um único microcristal foram investigadas usando um sistema de coleta de luminescência de alto desempenho, incluindo um microscópio de fluorescência invertido com uma lente objetiva × 100 (NA =1,4). Excitado por um laser CW de 980 nm, a cor da luminescência pode ser ajustada de verde para vermelho ao aumentar gradualmente o Mn dopado ²⁺ íons de 0 a 30 mol%. As relações de ajuste R / G para os tradicionais 650 a 545 nm e os novos 650 a 560 nm foram discutidos em detalhes. O mecanismo da cor de emissão de UC sintonizável também foi demonstrado com base no processo ET entre Mn ²⁺ e Er ³⁺ .

Métodos

Materiais

As matérias-primas foram adquiridas de Aladdin (China):Y ₂ O ₃ (99,99% com base em metais), Yb ₂ O ₃ (99,99% com base em metais), Er ₂ O ₃ (99,99% com base em metais), MnCl ₂ · 4H ₂ O (99% com base em metais), ácido nítrico (HNO ₃ , reagente analítico), sal dissódico de ácido etilenodiaminotetraacético di-hidratado (EDTA-2Na, reagente analítico), hidróxido de sódio (NaOH, reagente analítico), fluoreto de amônio (NH ₄ F, reagente analítico). Todos os produtos químicos foram usados como recebidos diretamente sem purificação adicional.

Síntese de β-NaYF ₄ Microcristais

Nós sintetizamos o β-NaYF ₄ :Microcristais Yb / Er / Mn (20/2 / × mol%) através de um método hidrotérmico modificado. The Y ₂ O ₃ , Yb ₂ O ₃ e Er ₂ O ₃ os pós foram dissolvidos em solução diluída de nitrato e aquecidos para remover o nitrato residual, produzindo uma solução límpida de Ln (NO ₃ ) ₃ (0,2 M). Em um procedimento típico, o EDTA-2Na (1 mmol) e NaOH (6 mmol) foram misturados com 13,5 mL de água desionizada (DI) sob agitação contínua em um frasco produzindo uma solução límpida. Em seguida, 5 mL de MnCl ₂ (0,2 M) e Ln (NO ₃ ) ₃ (0,2 M) soluções aquosas, 8 mL de NH ₄ Soluções aquosas F (2,0 M) e 7 mL de ácido clorídrico diluído (1 M) foram injetados no frasco. As misturas foram agitadas durante 1,5 h e depois transferidas para uma autoclave forrada com Teflon de 50 mL e aquecidas a 200 ° C durante 40 h. Os precipitados obtidos foram recolhidos por centrifugação, lavados várias vezes com água DI e etanol e, finalmente, secos ao ar a 40 ° C durante 12 h. Microcristais com diferentes concentrações de Mn ²⁺ pode ser alcançado variando o volume de MnCl ₂ soluções aquosas (o total de Y ³⁺ , Yb ³⁺ , Er ³⁺ e Mn ²⁺ o conteúdo de íons foi mantido constante em 1 mmol).

Caracterização física

Os padrões de difração de raios X (XRD) dos microcristais foram medidos usando difratômetro de raios X com radiação Cu K a 40 kV e 200 mA (Rigaku). A morfologia do β-NaYF ₄ :Os microcristais Yb / Er / (20/2 / × mol%) foram caracterizados por microscópio eletrônico de varredura (SEM) (S4800, Hitachi).

Medições de fotoluminescência

Para experimentos de fotoluminescência, o laser CW de 980 nm foi introduzido em um microscópio invertido (Observer A1, Zeiss) e focado nos microcristais usando uma lente objetiva x 100 (NA =1,4). O diâmetro do ponto de excitação foi estimado em ~ 2,0 μm. A luminescência UC foi coletada pela mesma lente objetiva e então entregue a um espectrômetro (SR-500I-B1, Andor) equipado com um dispositivo de carga acoplada (CCD) (DU970N, Andor) para análise. A cor da luminescência de um único microcristal foi registrada com o uso de uma câmera (DS-Ri2, Nikon). A vida útil da luminescência UC foi medida usando um osciloscópio digital (1 GHz, InfiniiVsionDSOX6002A, KEYSIGHT) e um laser pulsado de nanossegundos (com duração de pulso de 20 ns e taxa de repetição de 10 Hz) como fonte de excitação. Todas as medidas foram realizadas à temperatura ambiente.

Resultados e discussão

As morfologias típicas do β-NaYF ₄ :Os microcristais Yb / Er / Mn (20/2 / x mol%) são caracterizados por imagens SEM, como mostrado na Fig. 1a-e. Isso indica que os microcristais exibem uma fase hexagonal pura de morfologia e tamanho uniforme com diâmetros de ~ 3,5 μm e comprimentos de ~ 13 μm. Notavelmente, o comprimento dos microcristais reduz ligeiramente para 10 μm conforme o doping Mn ²⁺ íons aumentam para 30% molar. A Figura 1g mostra os padrões de XRD do β-NaYF ₄ :Microcristais Yb / Er dopados com diferentes concentrações de Mn ²⁺ íons. Todos os picos de difração estavam em boa concordância com a fase hexagonal padrão de NaYF ₄ (JCPDS No. 16-0334). Importante, como o doping Mn ²⁺ aumento de íons, os microcristais ainda mantêm uma fase hexagonal e nenhum outro pico de impureza é observado. Revela que a adição de Mn ²⁺ íons não tem influência na morfologia e na fase cristalina do β-NaYF ₄ microcristais. Além disso, alguns picos de difração inicialmente mudam ligeiramente em direção a ângulos mais altos, conforme o doping Mn ²⁺ íons aumentam gradualmente de 0 a 10% molar e, em seguida, voltam para ângulos mais baixos ao aumentar ainda mais o Mn ²⁺ íons até 30% molar. Os resultados provavelmente indicam que o menor Mn ²⁺ íons ( r =1,10 Å) ocupam principalmente o Na ⁺ maior ( r =1,24 Å) sites em baixo Mn ²⁺ concentrações (menos de 10 mol%) e, em seguida, insira o Y ³⁺ ( r =1,159 Å) sites em NaYF ₄ rede de host com o Mn ²⁺ íons aumentando até 30% molar [4, 36, 37]. Também realizamos a análise composicional no β-NaYF ₄ microcristais por EDS, conforme mostrado na Fig. 1g-h. A análise de EDS confirma a presença de elementos Na, F, Y, Yb e Er em β-NaYF livre de Mn ₄ :Microcristais Yb / Er (Fig. 1g). Em comparação, o elemento Mn é encontrado em β-NaYF ₄ :Dopagem de microcristais Yb / Er com 30 mol% Mn ²⁺ íons (Fig. 1h), indicando o Mn ²⁺ íons estão bem incorporados no NaYF ₄ estrutura do hospedeiro.

A Figura 2a mostra as emissões de UC de um único β-NaYF ₄ :Yb / Er (20/2 mol%) microcristalino dopado com diferentes quantidades de Mn ²⁺ íons sob uma intensidade de excitação relativamente baixa (1,59 kW cm ⁻² ) As inserções mostram o único microcristal e sua cor de luminescência correspondente observada no microscópio. Três bandas de emissão principais são indexadas nos espectros, que são atribuídas às transições de ² H _9/2 → ⁴ I _15/2 (410 nm), (² H _11/2 / ⁴ S _3/2 ) → ⁴ I _15/2 (525 e 545 nm) e ⁴ F _9/2 → ⁴ I _15/2 (650 nm) de Er ³⁺ , respectivamente. Para o microcristal único livre de Mn, a emissão verde (545 nm) domina o espectro de emissão, levando ao acendimento do microcristal com uma cor de luminescência verde. Com o aumento do doping Mn ²⁺ íons, a emissão vermelha (650 nm) cresce notavelmente e gradualmente excede a emissão verde e domina o espectro no final como o dopante Mn ²⁺ os íons chegam a 30% molar. Assim, a cor da luminescência pode ser ajustada de verde para amarelo e, finalmente, torna-se vermelha. A Figura 2b exibe as coordenadas de cromaticidade CIE calculadas com base nos espectros de emissão UC na Fig. 2a. É óbvio que a cor da luminescência UC muda de verde para vermelho com o doping Mn ²⁺ íons aumentando de 0 a 30 mol%. Como mostrado na Fig. 2c, é interessante observar várias novas bandas de emissão de UC conforme a intensidade de excitação aumenta até 95,52 kW cm ⁻² . Essas novas emissões de UC podem ser detectadas tanto em Mn-free quanto em Mn ²⁺ -cristais dopados. Conforme demonstrado em nosso estudo anterior [35], essas novas emissões de UC originam-se das transições de ⁴ G _11/2 → ⁴ I _15/2 (382 nm), ⁴ F _5/2 → ⁴ I _15/2 (457 nm), ² K _15/2 → ⁴ I _13/2 (472 nm), ⁴ G _11/2 → ⁴ I _15/2 (506 nm), ² H _9/2 → ⁴ I _13/2 (560 nm) e ⁴ G _11/2 → ⁴ I _2/11 (618 nm) em Er ³⁺ , respectivamente. É digno de nota que as emissões de UC recentemente emergidas podem ser observadas independentemente do Mn ²⁺ concentração e a nova emissão de 560 nm é sempre mais forte do que a emissão verde tradicional (545 nm).

Para identificar claramente essas novas emissões de UC, demonstramos as emissões de UC do único β-NaYF ₄ :Yb / Er / Mn (20/2/10 mol%) microcristal sob diferentes intensidades de excitação, como mostrado na Fig. 3a. Na intensidade de excitação de 1,59 kW cm ⁻² , a emissão vermelha (650 nm) é muito mais forte do que a emissão verde tradicional (545 nm), e a nova emissão UC 560 nm é mais baixa do que a emissão verde tradicional (545 nm). Além disso, as emissões de UC centralizadas em 382, 506 e 472 nm podem ser distinguidas dos espectros. Ao aumentar a intensidade de excitação até 9,55 kW cm ⁻² , a emissão de 560 nm ultrapassa os 545 nm e torna-se comparável à emissão do vermelho (650 nm). Além disso, as emissões de 506 nm e 472 nm tornam-se mais eficientes. Se aumentarmos ainda mais a intensidade de excitação até 31,84 kW cm ⁻² , a emissão de 560 nm aumenta dramaticamente e excede a emissão vermelha tradicional (650 nm). Isso é diferente dos relatórios anteriores em que doping o Mn ²⁺ Os íons apenas facilitaram o aumento da emissão do vermelho e não foi observada a nova emissão de UC de 560 nm. Enquanto isso, as bandas de emissão emergentes em 382, 506 e 472 nm aumentam ainda mais com a intensidade de excitação aumentando para 95,52 kW cm ⁻² . Na Fig. 3b, calculamos as razões R / G para um único β-NaYF ₄ :Yb / Er / Mn (20/2/10 mol%) microcristal sob diferentes intensidades de excitação. A proporção (560 a 545 nm) aumenta de ~ 0,97 a 1,96 com as intensidades de excitação variando de 1,59 a 95,52 kW cm ² . No entanto, a razão R / G tradicional (650 a 545 nm) aumenta de 1,27 para 1,72 e a nova razão R / G (650 a 560 nm) diminui de 1,31 para 0,87 conforme as intensidades de excitação aumentam. A Figura 3c demonstra a dependência da intensidade de emissão de UC na intensidade de excitação para o único β-NaYF ₄ :Yb / Er / Mn (20/2/10 mol%) microcristal. Sob excitação de baixa potência, as inclinações das quatro emissões de UC são todas próximas a ~ 2. Além disso, essas inclinações tornam-se menores que 1 sob excitação de alta potência, o que deve ser atribuído ao efeito de saturação [38,39,40,41].

A Figura 4 mostra as taxas de intensidade de emissão de UC ajustáveis para o único β-NaYF ₄ :Yb / Er (20/2 mol%) de dopagem microcristal com diferentes concentrações de Mn ²⁺ sob baixa e alta intensidade de excitação. A proporção (560 a 545 nm) é menor que 1 sob excitação de baixa potência, mas torna-se maior que 1,5 na excitação de alta potência. Na excitação de baixa potência (Fig. 4a), a relação R / G tradicional (650 a 545 nm) é basicamente consistente com a nova relação R / G (650 a 560 nm). Essas duas proporções (650 a 545 e 650 a 560 nm) começam em ~ 0,87 e aumentam gradualmente para ~ 2,7 com o doping Mn ²⁺ íons variando de 0 a 30 mol%. No entanto, essas duas relações tornam-se diferentes sob alta intensidade de excitação (Fig. 4b). A proporção tradicional (650 a 545 nm) aumenta de ~ 1,2 para 3,4, enquanto a nova proporção (650 a 560 nm) aumenta de 0,66 para 2,15 quando o dopado Mn ²⁺ íons crescendo de 0 a 30 mol%. Ele revela que as relações R / G tradicionais e novas exibem diferentes tendências de sintonização sob intensidade de excitação alta e baixa. A emissão de UC de 560 nm recém-surgida altera a sintonia das emissões de UC multicoloridas, que é diferente dos resultados relatados anteriormente [20,21,22,23,24].

Para entender melhor o princípio de ajuste multicolor no β-NaYF ₄ :Microcristais Yb / Er / Mn, examinamos o diagrama de nível de energia para Yb ³⁺ , Er ³⁺ e Mn ²⁺ íons. Conforme mostrado na Fig. 5, o mecanismo dos processos de preenchimento, emissões UC, transições não radiativas e processos ET também são exibidos. Para β-NaYF ₄ :Microcristais Yb / Er, Yb ³⁺ íons absorvem a luz incidente de 980 nm e, em seguida, povoam o Er ³⁺ íons do estado fundamental para os estados excitados por meio de processos ET. Duas abordagens possíveis podem promover os níveis de excitação mais elevados de Er ³⁺ . Uma é através dos níveis de emissão de verde (⁴ S _3/2 e ² H _11/2 ) preenchendo o ⁴ G, ² Variedade K, e a outra é através do nível de emissão de vermelho (⁴ F _9/2 ) preenchendo o nível de ² H _9/2 . Uma vez que os níveis animados de Er ³⁺ são povoadas, emissões significativas de UC serão geradas. Assim, as tradicionais emissões de UC verdes (545 nm) e vermelhas (650 nm) podem ser facilmente observadas, as quais exibem emissões de UC altamente eficientes e têm sido amplamente estudadas. Geralmente, para emissão de 560 nm (² H _9/2 → ⁴ I _13/2 ), o nível de ² H _9/2 pode ser preenchido através do nível de emissão de vermelho (⁴ F _9/2 ), ou através dos níveis emissores de verde (⁴ S _3/2 , ² H _11/2 ) preenchendo o ⁴ G, ² Variedade K (então seguido de transição não radiativa para o nível de ² H _9/2 ) Da mesma forma, as emissões de UC 382-, 410-, 457-, 472- e 506 nm são baseadas no mesmo princípio com a população de níveis emissores mais altos de Er ³⁺ . Além disso, a emissão de 618 nm origina-se da população de ⁴ G, ² Manifold K e transição de ⁴ G _11/2 → ⁴ I _2/11 .

Além disso, para Mn ²⁺ -dopado β-NaYF ₄ :Microcristais Yb / Er, a cor de luminescência UC pode ser alterada de verde para vermelho. Conforme mostrado na Fig. 5, existem duas rotas ET possíveis de Er ³⁺ para Mn ²⁺ :um é do ² H _9/2 → ⁴ I _13/2 transição de Er ³⁺ a ⁶ A ₁ → ⁴ T ₁ transição de Mn ²⁺ (processo ET1), e outro é do ⁴ S _3/2 → ⁴ I _15/2 transição de Er ³⁺ a ⁶ A ₁ → ⁴ T ₁ transição de Mn ²⁺ (processo ET2). Esses dois processos (ET1 e ET2) diminuiriam as emissões de UC de 560 e 545 nm. Quando o nível ⁴ T ₁ de Mn ²⁺ é preenchido, a energia absorvida é transferida para trás de ⁴ T ₁ → ⁶ A ₁ transição de Mn ²⁺ para ⁴ I _15/2 → ⁴ F _9/2 transição de Er ³⁺ (processo ET3). Este processo irá promover a população de nível ⁴ F _9/2 em Er ³⁺ e aumentar a emissão de UC do vermelho (650 nm). Portanto, o princípio da cor ajustável é derivado do ET não radiativo dos níveis ² H _9/2 e ⁴ S _3/2 de Er ³⁺ para o nível ⁴ T ₁ de Mn ²⁺ , seguido por back-ET que aumenta a população do nível ⁴ F _9/2 em Er ³⁺ , resultando assim no aumento da razão R / G [20, 22]. A supressão da emissão verde tradicional (545 nm) e o aumento da emissão vermelha significam a forte interação entre Er ³⁺ e Mn ²⁺ íons, confirmando que seus processos ET são significativos. Nos estudos anteriores, a transição de ² H _9/2 → ⁴ I _13/2 foi considerada como uma abordagem de transição não radiativa e raramente emitida em emissões de UC de 560 nm. Na verdade, como mostra a Fig. 5, a transição de emissão de 560 nm também é um canal ET de Er ³⁺ para Mn ²⁺ . Portanto, a transição de UC de 560 nm competirá com o processo ET (ET1) conforme a potência da bomba aumenta. Sob menor potência da bomba, a energia absorvida preenche principalmente os estados de excitação inferiores de Er ³⁺ e a nova emissão verde (560 nm) é relativamente mais fraca do que a emissão verde tradicional (545 nm), e simultaneamente o processo ET1 é insuficiente. Quando a potência da bomba é suficientemente alta, os estados excitados superiores de Er ³⁺ pode ser preenchido com eficiência, levando à competição entre a emissão de 560 nm e o processo ET1.

Em seguida, examinamos as medições resolvidas no tempo para o β-NaYF ₄ :Microcristais Yb / Er dopados com diferentes quantidades de Mn ²⁺ íons. A Figura 6 mostra as curvas de decaimento e tempos de vida correspondentes para as emissões de UC em vermelho (650 nm), verde tradicional (545 nm) e verde novo (560 nm). Pode-se descobrir que a vida útil da emissão de vermelho (650 nm) é a mais longa entre as emissões de UC. Revela que o nível ² H _9/2 de Er ³⁺ pode ser significativamente preenchido através do nível de emissão de vermelho (⁴ F _9/2 ) Portanto, observamos que a emissão de UC de 560 nm se torna mais eficiente (Figs. 2b e 3a). Notavelmente, a vida útil das emissões de UC de 545 e 560 nm tende a diminuir conforme o doping Mn ²⁺ íons aumentam. Em contraste, o tempo de vida da emissão vermelha (650 nm) propõe uma tendência de declínio com o doping Mn ²⁺ íons aumentam de 0 a 30 mol%. A razão é que mais doping Mn ²⁺ íons aumentam a taxa de processo ET de Mn ²⁺ para Er ³⁺ , levando a mais elétrons povoando o nível de emissão de vermelho (⁴ F _9/2 ) de Er ³⁺ . A eficiência de conversão dos processos ET1 e ET2 foi obtida usando a seguinte equação [19, 42]:
$$ \ eta =1- \ frac {\ tau _ {\ mathrm {Yb} / \ mathrm {Er} \ left (\ mathrm {Mn} \ right)}} {\ tau _ {\ mathrm {Yb} / \ mathrm { Er}}} $$ (1)

onde τ _{Yb / Er (Mn)} e τ _{Yb / Er} representam a vida útil de β-NaYF ₄ :Dopagem de microcristais Yb / Er com e sem Mn ²⁺ íons, respectivamente. Usando os valores de vida da Fig. 6, podemos obter que a eficiência de η ₁ era de aproximadamente 34% e η ₂ foi quase 41% para o β-NaYF ₄ :Microcristais Yb / Er dopados com 30 mol% Mn ²⁺ íons. Os resultados revelam que os processos ET1 e ET2 desempenham um papel importante no preenchimento do nível ⁴ T ₁ de Mn ²⁺ , o que leva a um aumento da emissão de UC vermelho com base no processo ET3 de Mn ²⁺ para Er ³⁺ . É importante notar que o η ₁ é menor que η ₂ , indicando que o processo ET2 é mais eficiente do que ET1. Portanto, em comparação com a razão tradicional (650 a 545 nm), a nova razão (650 a 560 nm) permanece uma sintonia inferior, uma vez que o processo ET1 atua simultaneamente como transição radiativa (emissão UC 560 nm) e um canal ET de Er ³⁺ para Mn ²⁺ .

Conclusão

Em conclusão, demonstramos a exibição multicolorida ajustável de um único Mn ²⁺ -dopado β-NaYF ₄ :Microcristal Yb / Er por caracterização óptica individual. O ajuste multicolor de verde para vermelho foi realizado em um único β-NaYF ₄ :Yb / Er microcristal, variando as quantidades de dopagem de Mn ²⁺ íons. Sob excitação de alta potência, a emissão UC verde recém-emergida (560 nm) modifica a região da razão R / G de sintonia. Outras investigações sugerem que o multicolorido ajustável não depende apenas das concentrações de dopagem de Mn ²⁺ íons, mas também depende das intensidades de excitação. Nosso trabalho apresenta uma nova abordagem para a compreensão do multicolorido ajustável em Mn ²⁺ -dopado com Yb ³⁺ / Er ³⁺ microcristais. Acreditamos que a cor ajustável para o único microcristal fornece perspectivas potenciais tanto em telas coloridas quanto em dispositivos microoptoeletrônicos.