Revisando la emisión de conversión ascendente de rojo mejorada de un único microcristal de β-NaYF4:Yb / Er mediante el dopaje con iones Mn2 +

Resumen

La presencia de iones manganeso (Mn ²⁺ ) en nanomateriales co-dopados con Yb / Er da como resultado la supresión del verde (545 nm) y la mejora de la emisión de conversión ascendente (UC) roja (650 nm), que puede lograr una emisión de banda roja única para permitir aplicaciones en bioimagen y administración de fármacos. Aquí, revisamos la emisión de UC multicolor sintonizable en un solo Mn ²⁺ -dopado con β-NaYF ₄ :Microcristal de Yb / Er que se sintetiza mediante un método hidrotermal simple en un recipiente. Emocionado por un láser de onda continua (CW) de 980 nm, el color del único β-NaYF ₄ :Yb / Er / Mn microrod se puede ajustar de verde a rojo como el dopaje Mn ²⁺ los iones aumentan de 0 a 30% en moles. En particular, bajo una intensidad de excitación relativamente alta, una banda de emisión recién emergida a 560 nm (² H _2/9 → ⁴ Yo _13/2 ) se vuelve significativa y supera aún más la emisión tradicional verde (545 nm). Por lo tanto, la relación de intensidad de emisión de rojo a verde (R / G) se subdivide en R / G tradicionales (650 a 545 nm) y nuevas (650 a 560 nm). Como el Mn dopado ²⁺ Los iones aumentan, estas dos relaciones R / G están en sintonía con las mismas tendencias sintonizables a baja intensidad de excitación, pero las regiones sintonizables se vuelven diferentes a alta intensidad de excitación. Además, demostramos que la transferencia de energía (ET) entre Mn ²⁺ y Er ³⁺ contribuye al ajuste de la relación R / G y conduce a un multicolor sintonizable de un solo microrod. Las propiedades espectroscópicas y el color sintonizable de un solo microrod pueden utilizarse potencialmente en pantallas a color y dispositivos micro-optoelectrónicos.

Introducción

El fotón UC en nanomateriales dopados con lantánidos ha llamado mucho la atención recientemente debido a sus propiedades espectroscópicas superiores [1, 2]. Como las estructuras UC más importantes del infrarrojo cercano (NIR) a visible, la UC sensibilizada con lantánidos basada en la ET de Yb ³⁺ a Er ³⁺ (Tm ³⁺ / Ho ³⁺ ) en β-NaYF ₄ Los nanocristales se han estudiado intensamente debido a sus prometedoras aplicaciones en pantallas en color [3, 4], nanoscopía de superresolución [5, 6], impresión de seguridad [7, 8], materiales láser [9,10,11] y materiales luminiscentes biológicos. etiquetas [12,13,14]. Es bien sabido que los iones lantánidos tienen una abundancia de 4f ^N estados electrónicos, que suelen generar emisiones multibanda [15]. Sin embargo, las emisiones multibanda impiden la obtención de imágenes cuantitativas de muestras seleccionadas como objetivo con múltiples sondas de conversión ascendente y reducen la sensibilidad de las imágenes [16]. Por lo tanto, se han realizado algunos esfuerzos para lograr emisiones de UC de banda única [17,18,19]. Por ejemplo, la introducción de metales de transición (Mn ²⁺ , etc.) en nanomateriales codopados con Yb / Er pueden mejorar la relación R / G (650 a 545 nm) y lograr una emisión de banda roja única debido al proceso fuertemente ET entre Er ^{3 +} y Mn ²⁺ [20, 21, 22, 23, 24].

Hasta la fecha, se han realizado algunos estudios para investigar el Mn ²⁺ nanocristales Yb / Er dopados para aplicaciones en bioimagen [20, 25], sensores [26,27,28] y detección de biomarcadores [29]. De hecho, en comparación con los nanocristales, los microcristales tienen más ventajas para aplicaciones en dispositivos micro-optoelectrónicos [30], pantallas volumétricas en color [31, 32] y microláseres [11] basados en su alta cristalinidad y eficiencia luminiscente [33]. En consecuencia, es muy importante para nosotros estudiar las propiedades de luminiscencia UC de los microcristales. Sin embargo, la mayoría de las mediciones actuales de las muestras se realizaron con polvos o en disolventes orgánicos, que pueden causar graves problemas de sobrecalentamiento y ser influenciados por microcristales adyacentes [34]. Por lo tanto, explorar la luminiscencia UC y el color sintonizable de un único microcristal puede evitar eficazmente la influencia del medio ambiente y ampliar sus aplicaciones adicionales en dispositivos micro-optoelectrónicos.

Además, excitados por láser CW de 980 nm, los materiales codopados Yb / Er generalmente emiten emisiones de UC rojas (650 nm) y verdes (525 y 545 nm), así como una emisión azul más débil (410 nm). Generalmente, las emisiones de UC rojas y verdes dominan los espectros, y la emisión azul sigue siendo relativamente débil. En comparación con estas tres emisiones de UC, rara vez se observan otras emisiones de UC en materiales codopados con Yb / Er. Anteriormente, hemos observado una nueva generación de 560 nm (² H _2/9 → ⁴ Yo _13/2 ) emisión de un solo β-NaYF ₄ :Microcristal de Yb / Er bajo excitación saturada [35]. A medida que aumenta la intensidad de la excitación, la emisión de 560 nm aumenta rápidamente y supera aún más la emisión verde tradicional (545 nm). Sin embargo, para los materiales tri-dopados de Yb / Er / Mn, la transición de ² H _2/9 → ⁴ Yo _13/2 (560 nm) en Er ³⁺ también actúa como un canal ET que puebla el nivel ⁴ T ₁ de Mn ²⁺ , que, a nuestro leal saber y entender, no se ha informado ni explorado hasta ahora. Por lo tanto, para los materiales tri-dopados de Yb / Er / Mn, la supresión de la nueva emisión de UC verde (560 nm) y el ajuste de la relación R / G siguen siendo en gran parte desconocidos. Por lo tanto, como se discutió anteriormente, aprovechar las emisiones de UC de un solo β-NaYF ₄ :El microcristal Yb / Er / Mn puede ayudarnos a comprender el ajuste de la nueva relación R / G y ampliar su alcance de aplicaciones en dispositivos micro-optoelectrónicos.

En este trabajo, hemos sintetizado Mn ²⁺ -dopado con β-NaYF ₄ :Microcristales de Yb / Er a través de un método hidrotermal simple en un recipiente. Las propiedades de emisión de UC y el color de luminiscencia relevante de un único microcristal se investigaron utilizando un sistema de recolección de luminiscencia de alto rendimiento que incluía un microscopio de fluorescencia invertido con una lente objetivo × 100 (NA =1,4). Emocionado por un láser CW de 980 nm, el color de luminiscencia se puede ajustar de verde a rojo al aumentar gradualmente el Mn dopado ²⁺ iones de 0 a 30% en moles. Las relaciones de ajuste R / G para los tradicionales 650 a 545 nm y los nuevos 650 a 560 nm se han discutido en detalle. El mecanismo del color de emisión de UC sintonizable también se demostró en función del proceso ET entre Mn ²⁺ y Er ³⁺ .

Métodos

Materiales

Las materias primas se compraron en Aladdin (China):Y ₂ O ₃ (99,99% en base a metales), Yb ₂ O ₃ (99,99% en base a metales), Er ₂ O ₃ (99,99% en base a metales), MnCl ₂ · 4H ₂ O (99% en base a metales), ácido nítrico (HNO ₃ , reactivo analítico), sal disódica dihidrato del ácido etilendiaminotetraacético (EDTA-2Na, reactivo analítico), hidróxido de sodio (NaOH, reactivo analítico), fluoruro de amonio (NH ₄ F, reactivo analítico). Todos los productos químicos se utilizaron tal como se recibieron directamente sin purificación adicional.

Síntesis de β-NaYF ₄ Microcristales

Sintetizamos el β-NaYF ₄ :Microcristales de Yb / Er / Mn (20/2 / × mol%) mediante un método hidrotermal modificado. La Y ₂ O ₃ , Yb ₂ O ₃ y Er ₂ O ₃ Los polvos se disolvieron en una solución diluida de nitrato y se calentaron para eliminar el nitrato residual, produciendo una solución transparente de Ln (NO ₃ ) ₃ (0,2 M). En un procedimiento típico, se mezclaron EDTA-2Na (1 mmol) y NaOH (6 mmol) con 13,5 ml de agua desionizada (DI) con agitación continua en un matraz, produciendo una solución transparente. Luego, 5 mL de MnCl ₂ (0,2 M) y Ln (NO ₃ ) ₃ (0,2 M) soluciones acuosas, 8 ml de NH ₄ Se inyectaron en el matraz soluciones acuosas F (2,0 M) y 7 ml de ácido clorhídrico diluido (1 M). Las mezclas se agitaron durante 1,5 horas y luego se transfirieron a un autoclave revestido de teflón de 50 ml y se calentaron a 200ºC durante 40 horas. Los precipitados obtenidos se recogieron por centrifugación, se lavaron con agua desionizada y etanol varias veces y finalmente se secaron al aire a 40 ° C durante 12 h. Microcristales con diferentes concentraciones de Mn ²⁺ se puede lograr variando el volumen de MnCl ₂ soluciones acuosas (el total de Y ³⁺ , Yb ³⁺ , Er ³⁺ y Mn ²⁺ el contenido de iones se mantuvo constante en 1 mmol).

Caracterización física

Los patrones de difracción de rayos X (XRD) de los microcristales se midieron usando un difractómetro de rayos X con radiación de Cu K a 40 kV y 200 mA (Rigaku). La morfología del β-NaYF ₄ Los microcristales:Yb / Er / (20/2 / × mol%) se caracterizaron mediante microscopio electrónico de barrido (SEM) (S4800, Hitachi).

Medidas de fotoluminiscencia

Para los experimentos de fotoluminiscencia, el láser CW de 980 nm se introdujo en un microscopio invertido (Observer A1, Zeiss) y se enfocó en los microcristales usando una lente objetivo × 100 (NA =1.4). El diámetro del punto de excitación se estimó en ~ 2,0 μm. La luminiscencia UC se recogió con la misma lente objetivo y luego se envió a un espectrómetro (SR-500I-B1, Andor) equipado con un dispositivo de carga acoplada (CCD) (DU970N, Andor) para su análisis. El color de luminiscencia del único microcristal se registró utilizando una cámara (DS-Ri2, Nikon). La vida útil de la luminiscencia UC se midió utilizando un osciloscopio digital (1 GHz, InfiniiVsionDSOX6002A, KEYSIGHT) y un láser pulsado de nanosegundos (con una duración de pulso de 20 ns y una tasa de repetición de 10 Hz) como fuente de excitación. Todas las mediciones se realizaron a temperatura ambiente.

Resultados y discusión

Las morfologías típicas del β-NaYF ₄ :Los microcristales de Yb / Er / Mn (20/2 / x mol%) se caracterizan por imágenes SEM, como se muestra en la Fig. 1a-e. Indica que los microcristales exhiben una fase hexagonal pura de morfología y tamaño uniforme con diámetros de ~ 3,5 μm y longitudes de ~ 13 μm. En particular, la longitud de los microcristales se reduce ligeramente a 10 μm a medida que el dopaje Mn ²⁺ los iones aumentan al 30% en moles. La Figura 1g muestra los patrones XRD del β-NaYF ₄ :Microcristales de Yb / Er dopados con diferentes concentraciones de Mn ²⁺ iones. Todos los picos de difracción estaban bien de acuerdo con la fase hexagonal estándar de NaYF ₄ (JCPDS No. 16-0334). Es importante destacar que el dopaje Mn ²⁺ Los iones aumentan, los microcristales aún mantienen una fase hexagonal y no se observan otros picos de impurezas. Revela que la adición de Mn ²⁺ iones no tiene influencia sobre la morfología y la fase cristalina del β-NaYF ₄ microcristales. Además, algunos picos de difracción en primer lugar se desplazan ligeramente hacia ángulos más altos a medida que el dopaje Mn ²⁺ Los iones aumentan gradualmente de 0 a 10% en moles, y luego regresan a ángulos más bajos cuando aumentan aún más el Mn ²⁺ iones hasta 30% en moles. Los resultados probablemente indican que el Mn ²⁺ más pequeño iones ( r =1,10 Å) ocupan principalmente el Na ⁺ más grande ( r =1,24 Å) sitios con Mn bajo ²⁺ concentraciones (menos del 10% en moles), y luego inserte la Y ³⁺ ( r =1,159 Å) sitios en NaYF ₄ celosía de host con Mn ²⁺ iones que aumentan hasta un 30% en moles [4, 36, 37]. También hemos realizado el análisis de composición en el β-NaYF ₄ microcristales por EDS, como se muestra en la Fig. 1g – h. El análisis de EDS confirma la presencia de elementos Na, F, Y, Yb y Er en β-NaYF ₄ libre de Mn :Microcristales de Yb / Er (Fig. 1g). En comparación, el elemento Mn se encuentra en β-NaYF ₄ :Dopaje de microcristales de Yb / Er con 30% molar de Mn ²⁺ iones (Fig. 1h), indicando el Mn ²⁺ Los iones están bien integrados en NaYF ₄ celosía de host.

La Figura 2a muestra las emisiones de UC de un solo β-NaYF ₄ :Microcristal de Yb / Er (20/2 mol%) dopado con diferentes cantidades de Mn ²⁺ iones bajo una intensidad de excitación relativamente baja (1,59 kW cm ⁻² ). Los recuadros muestran el único microcristal y su correspondiente color de luminiscencia observado desde el microscopio. Tres bandas de emisión principales están indexadas en los espectros, que se atribuyen a las transiciones de ² H _2/9 → ⁴ Yo _15/2 (410 nm), (² H _2/11 / ⁴ S _3/2 ) → ⁴ Yo _15/2 (525 y 545 nm) y ⁴ F _2/9 → ⁴ Yo _15/2 (650 nm) desde Er ³⁺ , respectivamente. Para el microcristal único libre de Mn, la emisión verde (545 nm) domina el espectro de emisión, lo que hace que el microcristal individual se ilumine con un color de luminiscencia verde. Al aumentar el dopaje Mn ²⁺ iones, la emisión roja (650 nm) crece notablemente y excede gradualmente la emisión verde y domina el espectro al final como el dopante Mn ²⁺ los iones alcanzan el 30% en moles. Por lo tanto, el color de la luminiscencia se puede ajustar de verde a amarillo y finalmente se vuelve rojo. La Figura 2b muestra las coordenadas de cromaticidad CIE calculadas basadas en los espectros de emisión de UC en la Figura 2a. Es obvio que el color de luminiscencia UC cambia de verde a rojo con el dopaje Mn ²⁺ iones aumentando de 0 a 30% en moles. Como se muestra en la Fig. 2c, es interesante observar varias nuevas bandas de emisión de UC a medida que la intensidad de excitación aumenta hasta 95,52 kW cm ⁻² . Estas nuevas emisiones de UC se pueden detectar tanto en Mn libre como en alto Mn ²⁺ -microcristales dopados. Como se demostró en nuestro estudio anterior [35], estas nuevas emisiones de UC se originan en las transiciones de ⁴ G _2/11 → ⁴ Yo _15/2 (382 nm), ⁴ F _5/2 → ⁴ Yo _15/2 (457 nm), ² K _15/2 → ⁴ Yo _13/2 (472 nm), ⁴ G _2/11 → ⁴ Yo _15/2 (506 nm), ² H _2/9 → ⁴ Yo _13/2 (560 nm) y ⁴ G _2/11 → ⁴ Yo _2/11 (618 nm) en Er ³⁺ , respectivamente. Cabe señalar que las emisiones de UC recién surgidas se pueden observar independientemente del Mn ²⁺ concentración y la nueva emisión de 560 nm es siempre más fuerte que la emisión tradicional verde (545 nm).

Para identificar claramente estas nuevas emisiones de UC, demostramos las emisiones de UC del único β-NaYF ₄ :Microcristal de Yb / Er / Mn (20/2/10% en moles) bajo diferentes intensidades de excitación, como se muestra en la Fig. 3a. A la intensidad de excitación de 1,59 kW cm ⁻² , la emisión roja (650 nm) es mucho más fuerte que la emisión verde tradicional (545 nm), y la nueva emisión UC de 560 nm es más baja que la emisión verde tradicional (545 nm). Además, las emisiones de UC centradas en 382, 506 y 472 nm se pueden distinguir de los espectros. Al aumentar la intensidad de excitación hasta 9,55 kW cm ⁻² , la emisión de 560 nm excede los 545 nm y se vuelve comparable a la emisión roja (650 nm). Además, las emisiones de 506 y 472 nm se vuelven más eficientes. Si aumentamos aún más la intensidad de excitación hasta 31,84 kW cm ⁻² , la emisión de 560 nm aumenta drásticamente y supera la emisión roja tradicional (650 nm). Esto es diferente de los informes anteriores en los que el dopaje del Mn ²⁺ Los iones solo facilitaron la mejora de la emisión de rojo y en los que no se observó la nueva emisión de UC de 560 nm. Mientras tanto, las nuevas bandas de emisión emergentes a 382, 506 y 472 nm aumentan aún más con la intensidad de excitación aumentando a 95,52 kW cm ⁻² . En la Fig. 3b, calculamos las relaciones R / G para un solo β-NaYF ₄ :Microcristal de Yb / Er / Mn (20/2/10% en moles) bajo diferentes intensidades de excitación. La relación (560 a 545 nm) aumenta de ~ 0,97 a 1,96 con intensidades de excitación que varían de 1,59 a 95,52 kW cm ² . Sin embargo, la relación R / G tradicional (650 a 545 nm) aumenta de 1,27 a 1,72 y la nueva relación R / G (650 a 560 nm) disminuye de 1,31 a 0,87 a medida que aumentan las intensidades de excitación. La Figura 3c demuestra la dependencia de la intensidad de emisión de UC de la intensidad de excitación para el único β-NaYF ₄ :Microcristal de Yb / Er / Mn (20/2/10% en moles). Bajo excitación de baja potencia, las pendientes de las cuatro emisiones de UC son todas cercanas a ~ 2. Además, estas pendientes se vuelven menores a 1 bajo excitación de alta potencia, lo que debe atribuirse al efecto de saturación [38,39,40,41].

La Figura 4 muestra las relaciones de intensidad de emisión de UC sintonizables para el único β-NaYF ₄ :Dopaje de microcristales de Yb / Er (20/2 mol%) con diferentes concentraciones de Mn ²⁺ bajo intensidad de excitación baja y alta. La relación (560 a 545 nm) es menor que 1 con excitación de baja potencia, pero se vuelve mayor que 1,5 con excitación de alta potencia. En excitación de baja potencia (Fig. 4a), la relación R / G tradicional (650 a 545 nm) es básicamente consistente con la nueva relación R / G (650 a 560 nm). Estas dos relaciones (650 a 545 y 650 a 560 nm) comienzan desde ~ 0.87 y luego aumentan gradualmente a ~ 2.7 con el dopaje Mn ²⁺ iones que varían de 0 a 30% en moles. Sin embargo, estas dos relaciones se vuelven diferentes bajo alta intensidad de excitación (Fig. 4b). La relación tradicional (650 a 545 nm) aumenta de ~ 1,2 a 3,4, mientras que la nueva relación (650 a 560 nm) aumenta de 0,66 a 2,15 cuando el Mn dopado ²⁺ iones que crecen de 0 a 30% en moles. Revela que las relaciones R / G tradicionales y nuevas exhiben diferentes tendencias sintonizables bajo una intensidad de excitación alta y baja. La emisión de UC de 560 nm de reciente aparición cambia la capacidad de sintonización de las emisiones de UC multicolores, que es diferente de los resultados informados anteriormente [20, 21, 22, 23, 24].

Para comprender mejor el principio de sintonización multicolor en el β-NaYF ₄ :Microcristales Yb / Er / Mn, examinamos el diagrama de nivel de energía para Yb ³⁺ , Er ³⁺ y Mn ²⁺ iones. Como se muestra en la Fig. 5, también se muestran el mecanismo de los procesos de poblado, las emisiones de UC, las transiciones no radiativas y los procesos de ET. Para β-NaYF ₄ :Microcristales Yb / Er, Yb ³⁺ Los iones absorben la luz incidente de 980 nm y luego pueblan el Er ³⁺ iones desde el estado fundamental a los estados excitados a través de procesos ET. Dos enfoques posibles pueden promover los niveles de excitación más altos de Er ³⁺ . Uno es a través de los niveles de emisión verde (⁴ S _3/2 y ² H _2/11 ) poblando el ⁴ G, ² K, y el otro es a través del nivel de emisión de rojo (⁴ F _2/9 ) llenando el nivel de ² H _2/9 . Una vez que los niveles emocionados de Er ³⁺ están pobladas, se generarán importantes emisiones de UC. Por lo tanto, las emisiones de UC tradicionales verdes (545 nm) y rojas (650 nm) se pueden observar fácilmente, que exhiben emisiones de UC altamente eficientes y han sido ampliamente estudiadas. Generalmente, para emisión de 560 nm (² H _2/9 → ⁴ Yo _13/2 ), el nivel de ² H _2/9 se puede completar a través del nivel de emisión de rojo (⁴ F _2/9 ), oa través de los niveles de emisión verde (⁴ S _3/2 , ² H _2/11 ) llenando el ⁴ G, ² Variedad K (luego siguió la transición no radiativa al nivel de ² H _2/9 ). De manera similar, las emisiones de UC de 382, 410, 457, 472 y 506 nm se basan en el mismo principio con la población de niveles de emisión más altos de Er ³⁺ . Además, la emisión de 618 nm se origina al poblar los ⁴ G, ² Colector K y transición de ⁴ G _2/11 → ⁴ Yo _2/11 .

Además, para Mn ²⁺ -dopado con β-NaYF ₄ :Microcristales Yb / Er, el color de luminiscencia UC se puede cambiar de verde a rojo. Como se muestra en la Fig.5, hay dos posibles rutas ET desde Er ³⁺ a Mn ²⁺ :uno es del ² H _2/9 → ⁴ Yo _13/2 transición de Er ³⁺ a ⁶ A ₁ → ⁴ T ₁ transición de Mn ²⁺ (proceso ET1), y otro es del ⁴ S _3/2 → ⁴ Yo _15/2 transición de Er ³⁺ a ⁶ A ₁ → ⁴ T ₁ transición de Mn ²⁺ (proceso ET2). Estos dos procesos (ET1 y ET2) disminuirían las emisiones de UC de 560 y 545 nm. Cuando el nivel ⁴ T ₁ de Mn ²⁺ está poblado, la energía absorbida se transfiere hacia atrás desde ⁴ T ₁ → ⁶ A ₁ transición de Mn ²⁺ a ⁴ Yo _15/2 → ⁴ F _2/9 transición de Er ³⁺ (proceso ET3). Este proceso promoverá la población de nivel ⁴ F _2/9 en Er ³⁺ y aumentar la emisión de UC roja (650 nm). Por lo tanto, el principio del color sintonizable se deriva de la ET no radiativa de los niveles ² H _2/9 y ⁴ S _3/2 de Er ³⁺ al nivel ⁴ T ₁ de Mn ²⁺ , luego seguido de back-ET que aumenta la población del nivel ⁴ F _2/9 en Er ³⁺ , lo que resulta en una mejora de la relación R / G [20, 22]. La supresión de la emisión verde tradicional (545 nm) y la mejora de la emisión roja significan la fuerte interacción entre Er ³⁺ y Mn ²⁺ iones, lo que confirma que sus procesos de ET son significativos. En los estudios anteriores, la transición de ² H _2/9 → ⁴ Yo _13/2 se consideró como un enfoque de transición no radiativo y rara vez se emitió a una emisión de UC de 560 nm. De hecho, como muestra la Fig. 5, la transición de emisión de 560 nm también es un canal ET de Er ³⁺ a Mn ²⁺ . Por lo tanto, la transición UC de 560 nm competirá con el proceso ET (ET1) a medida que aumenta la potencia de la bomba. Con una potencia de bomba más baja, la energía absorbida puebla principalmente los estados excitados más bajos de Er ³⁺ y la nueva emisión verde (560 nm) es relativamente más débil que la emisión verde tradicional (545 nm), y simultáneamente el proceso ET1 es insuficiente. Cuando la potencia de la bomba es suficientemente alta, los estados de mayor excitación de Er ³⁺ se puede poblar de manera eficiente, lo que lleva a la competencia entre la emisión de 560 nm y el proceso ET1.

A continuación, examinamos las medidas de resolución temporal para el β-NaYF ₄ :Microcristales de Yb / Er dopados con diferentes cantidades de Mn ²⁺ iones. La Figura 6 muestra las curvas de desintegración y los tiempos de vida correspondientes para las emisiones de UC rojo (650 nm), verde tradicional (545 nm) y verde nuevo (560 nm). Se puede encontrar que la vida útil de la emisión roja (650 nm) es la más larga entre las emisiones de UC. Revela que el nivel ² H _2/9 de Er ³⁺ se puede poblar significativamente a través del nivel de emisión de rojo (⁴ F _2/9 ). Por lo tanto, hemos observado que la emisión de UC a 560 nm se vuelve más eficiente (Figs. 2b y 3a). En particular, la vida útil de las emisiones de UC de 545 y 560 nm tiende a disminuir a medida que el dopaje Mn ²⁺ los iones aumentan. Por el contrario, la vida útil de la emisión roja (650 nm) propone una tendencia a la baja con el dopaje Mn ²⁺ los iones aumentan de 0 a 30% en moles. La razón es que más dopaje Mn ²⁺ Los iones aumentan la tasa de proceso de ET de Mn ²⁺ a Er ³⁺ , lo que lleva a que haya más electrones en el nivel de emisión de rojo (⁴ F _2/9 ) de Er ³⁺ . La eficiencia de conversión de los procesos ET1 y ET2 se obtuvo mediante la siguiente ecuación [19, 42]:

$$ \ eta =1- \ frac {\ tau _ {\ mathrm {Yb} / \ mathrm {Er} \ left (\ mathrm {Mn} \ right)}} {\ tau _ {\ mathrm {Yb} / \ mathrm { Er}}} $$ (1)

donde τ _{Yb / Er (Mn)} y τ _{Yb / Er} representan la vida útil de β-NaYF ₄ :Dopaje de microcristales Yb / Er con y sin Mn ²⁺ iones, respectivamente. Al usar los valores de vida útil de la Fig.6, podemos obtener que la eficiencia de η ₁ fue aproximadamente del 34% y η ₂ fue casi el 41% para el β-NaYF ₄ :Microcristales de Yb / Er dopados con 30% en moles de Mn ²⁺ iones. Los resultados revelan que los procesos ET1 y ET2 juegan un papel importante en poblar el nivel ⁴ T ₁ de Mn ²⁺ , que conduce a una mejora de la emisión de UC roja basada en el proceso ET3 de Mn ²⁺ a Er ³⁺ . Vale la pena señalar que el η ₁ es menor que η ₂ , lo que indica que el proceso ET2 es más eficiente que ET1. Por lo tanto, en comparación con la relación tradicional (650 a 545 nm), la nueva relación (650 a 560 nm) sigue siendo una capacidad de sintonización menor ya que el proceso ET1 actúa simultáneamente como transición radiativa (emisión UC de 560 nm) y un canal ET de Er ³⁺ a Mn ²⁺ .

Conclusión

En conclusión, hemos demostrado la pantalla multicolor sintonizable de un solo Mn ²⁺ -dopado con β-NaYF ₄ :Microcristal Yb / Er por caracterización óptica individual. La afinación multicolor de verde a rojo se realizó en un solo β-NaYF ₄ :Microcristal Yb / Er variando las cantidades de dopaje de Mn ²⁺ iones. Bajo excitación de alta potencia, la emisión de UC verde (560 nm) recién emergida modifica la región de sintonización de la relación R / G. Investigaciones posteriores sugieren que el multicolor sintonizable no solo depende de las concentraciones de dopaje de Mn ²⁺ iones, sino que también depende de las intensidades de excitación. Nuestro trabajo presenta un nuevo enfoque para comprender el multicolor sintonizable en Mn ²⁺ -doped con Yb ³⁺ / Er ³⁺ microcristales. Creemos que el color sintonizable para el microcristal único ofrece perspectivas potenciales tanto en la pantalla a color como en los dispositivos micro-optoelectrónicos.