Microfibras de polímero incorporadas con nanopartículas de plata:una nueva plataforma para la detección óptica

Resumen

La sensibilidad mejorada de la luminiscencia de conversión ascendente es imperativa para la aplicación de nanopartículas de conversión ascendente (UCNP). En este estudio, las microfibras se fabricaron después de codopar UCNP con soluciones de polimetilmetacrilato (PMMA) y plata (Ag). Pérdidas de transmisión y sensibilidades de UCNP (tetrogonal-LiYF ₄ :Yb ³⁺ / Er ³⁺ ) en presencia y ausencia de Ag fueron investigados. Sensibilidad de la luminiscencia de conversión ascendente con Ag (LiYF ₄ :Yb ³⁺ / Er ³⁺ / Ag) es 0,0095 K ⁻¹ y reducido a (LiYF ₄ :Yb ³⁺ / Er ³⁺ ) 0,0065 K ⁻¹ sin Ag a 303 K bajo una fuente láser (980 nm). Las microfibras UCNP con Ag mostraron menores pérdidas de transmisión y mayor sensibilidad que sin Ag y podrían servir como un candidato prometedor para aplicaciones ópticas. Esta es la primera observación de microfibra dopada con Ag a través de un método fácil.

Antecedentes

Las nanopartículas de conversión ascendente (UCNP) después del dopaje conjunto con iones lantánidos han llamado mucho la atención debido a su aplicación en imágenes, materiales láser, tecnologías de visualización y células solares [1, 2, 3]. La baja eficiencia de emisión de fluorescencia de los UCNP puede deberse a los pequeños coeficientes de absorción de los iones lantánidos. La dispersión a nanoescala de nanopartículas metálicas en sustratos poliméricos e inorgánicos ha despertado un gran interés en las nuevas propiedades físicas, químicas y biológicas de los materiales nanocompuestos [4]. Para aplicaciones potenciales de la miniaturización adicional de componentes electrónicos, detectores ópticos, sensores químicos y bioquímicos y dispositivos son posibilidades interesantes con nanopartículas metálicas. Además, los semiconductores se han utilizado como sensibilizadores para ampliar el rango de absorción, como CdSe, CdS, PbS, WO ₃ y Cu ₂ O [5, 6]. Entre estos semiconductores, Cu ₂ O es un candidato interesante debido a su estrecha banda prohibida de ~ 2.1 eV, no toxicidad, bajo costo y abundancia pero heteroestructura de Cu ₂ O / ZnO es una estructura de material prometedora. Conduce a una integración funcional, propiedades de efecto de interfaz novedosas de Cu ₂ Material de O y ZnO [7]. Por otro lado, los UCNPs muestran propiedades superiores en relación con los puntos cuánticos semiconductores, por ejemplo, la ausencia de autofluorescencia, la penetrabilidad del tejido, la excitación del láser en el infrarrojo cercano, la ausencia de parpadeo y la alta estabilidad química [8]. Numerosos grupos de investigación han estudiado la síntesis de materiales dopados con lantánidos con nanopartículas esféricas y nanobarras [9]. El problema de la oxidación de las UCNP se produce a altas temperaturas de forma significativa, lo que reduce sus aplicaciones. Para evitar la oxidación, la estructura de núcleo / capa supera la oxidación mientras que el SiO ₂ la cáscara crece alrededor de nanocristales. La integración de nanocristales en el chip como detector de luz de microestructura es difícil. Por lo tanto, los microtubos, las nanofibras dopadas con puntos cuánticos y los nanocables poliméricos dopados con colorante se han empleado en la tecnología optoelectrónica microestructural después de una investigación exitosa [10]. En consecuencia, diferentes grupos de investigación han fabricado y utilizado nanocables, microtubos y nanofibras para discutir el comportamiento de la detección térmica [11, 12].

Sin embargo, se ha considerado que las nanopartículas metálicas (MNP) mejoran la eficiencia de las UCNP. Se han propuesto diferentes estrategias que incluyen la modificación química, la estructura cristalina y el ajuste del campo local del metal para mejorar la eficiencia y la sensibilidad [13]. Investigaciones sobre materiales de luminiscencia dopados con iones de tierras raras para mejorar la luminiscencia de nanoestructuras metálicas como Er ³⁺ / Yb ³⁺ vidrios co-dopados con germinación de bismuto que contienen nanopartículas de Ag y Er ³⁺ / Yb ³⁺ β-NaLuF codopado ₄ Se ha informado de nanocristales que están recubiertos por centrifugación sobre NP de oro con resultados inconsistentes y alta sensibilidad [14]. Además, la emisión inducida por agregación (AIE) es un fenómeno de fluorescencia distintivo que sugiere que pocos tintes pueden emitir una fluorescencia más fuerte en su estado sólido que en una solución de dispersión [15, 16, 17]. Los investigadores han propuesto previamente diferentes mecanismos que incluyen la formación de agregados en J, la planarización conformacional y la transferencia de carga intramolecular retorcida para el fenómeno AIE [18, 19, 20, 21, 22]. Además, los materiales con características AIE han atraído más la atención de la investigación para su aplicación potencial en varios campos orgánicos de diodos emisores de luz, quimiosensores y bioimágenes [23,24,25,26,27]. Especialmente, la preparación de nanopartículas orgánicas fluorescentes activas AIE ha atraído la atención recientemente. Estos materiales que contienen colorantes AIE podrían emitir una fuerte luminiscencia en una solución fisiológica que vence eficazmente el efecto de extinción causado por la agregación de las nanopartículas orgánicas fluorescentes basadas en los colorantes orgánicos típicos [28, 29]. Aunque se han desarrollado muchas estrategias para la preparación de nanopartículas orgánicas fluorescentes activas para AIE, la preparación de AIE activa a través de una reacción multicomponente (MCR) fácil y eficaz ha recibido poca atención debido al desajuste con los datos experimentales [30,31,32,33 , 34]. Por lo tanto, las propiedades únicas de AIE de los tintes se mostraron muy prometedoras para la fabricación de nanopartículas poliméricas luminiscentes ultrabrillantes [35, 36].

En el estudio experimental máximo, se utilizaron muestras de polvo para realizar las medidas espectrales que aumentaron las preocupaciones sobre la influencia de la interreflexión de agregación. Por tanto, es necesario establecer una estrategia fácil y sencilla para superar los inconvenientes antes mencionados. Por lo tanto, las nanopartículas de Ag después de doparse conjuntamente con UCNP y solución de PMMA se utilizaron en microfibras para mejorar la luminiscencia. Sin embargo, no se han descrito resultados centrados en UCNP a microfibras dopadas con Ag (UCNP-MF).

A continuación, presentamos un método sencillo para preparar microfibras de UCNP / PMMA con y sin soluciones de Ag. Especialmente, las propiedades de fotoluminiscencia de Ag y la ausencia de microfibras codopadas con Ag se estudian en varios puntos de excitación de las microfibras. Además, las características de luminiscencia UC de una microfibra se investigan excitando una fuente de láser de diodo de 980 nm a diferentes temperaturas con el fin de detectar la temperatura. Se obtiene la dependencia del FIR integrado de la temperatura y los datos experimentales se pueden ajustar bien con una función exponencial. Por lo tanto, una sola microfibra que tiene transiciones 2H11 / 2 → 4I15 / 2 y 4S3 / 2 → 4I15 / 2 niveles a 522 y 541 nm se utiliza para calcular las sensibilidades térmicas.

Sección experimental y de métodos

Materiales

El polvo de plata (Ag), cloroformo, ciclohexano, NaOH, NH ₄ F, y el etanol se adquirieron en Shanghai Chemical Company, China. Estos productos químicos eran de grado analítico y se usaron sin purificación adicional.

Preparación de Tetrogonal-LiYF ₄ :Yb ³⁺ / Er ³⁺ Nanopartículas

UCNP (tetrogonal-LiYF ₄ :Yb ³⁺ / Er ³⁺ ) se preparó mediante la técnica de descomposición térmica. Se utilizaron los matraces de tres bocas de 100 mL que contienen iones de tierras raras con LnCl ₃ (Ln =Lu, Yb, Er) que tienen una relación molar de 78:22:1, respectivamente. La solución incluye 15 ml de 1-octadeceno (ODE) y 6 ml de ácido oleico (OA). La mezcla se calentó hasta 150 ° C para obtener una solución granulada y se enfrió a temperatura ambiente después de eliminar el oxígeno y el agua residual. Cuatro milimoles de NH ₄ Se añadieron lentamente F y 2,5 mmol de NaOH a un matraz que contenía 10 ml de solución de metanol. Para confirmar, el fluoruro se disolvió completamente mediante el proceso de agitación hasta 30 min después de que la solución preparada se calentara a 300 ° C a una velocidad de 50 ° C / min durante 1 h en atmósfera de argón. Los precipitados se separaron a una velocidad de 4000 rpm y se enfriaron a temperatura ambiente, se lavaron con etanol y se secaron a 60 ° C durante 12 h.

Fabricación de fibras codopadas con Ag

En un proceso de fabricación típico, 0,003 g de Ag, 0,005 g de tetrogonol-LiYF ₄ :22% Yb ³⁺ / 1% Er ³⁺ , y 0,6 g de PMMA se mezclaron por separado en 15 ml, 12 ml y 18 ml de ciclohexano (C ₆ H ₁₂ ) y cloroformo (CHCl ₃ ) solución, respectivamente. Posteriormente, la mezcla de PMMA se dispensó gradualmente en soluciones de Ag y UCNP y se agitó durante 30 min hasta obtener una solución transparente. Se fabricó una sonda de fibra con una punta de varios micrones de tamaño utilizando la técnica de estirado calentada con llama. Después de que la solución mezclada se dejó caer sobre el sustrato de vidrio, se sumergió una sonda de fibra en la solución mezclada y se retiró rápidamente para fabricar las microfibras. A continuación, se dibujaron las microfibras y se cortaron en trozos pequeños, como se muestra en la Fig. 1.

Proceso de fabricación de microfibras codopadas con Ag ( a ) Extracción de microfibras de soluciones de PMMA + NPs + Ag. b Vista de corte de microfibras fabricadas en trozos pequeños

Medición de espectros

La Figura 2 muestra la configuración experimental para estudiar las propiedades ópticas y térmicas de las microfibras. Las microfibras se iluminaron usando una fuente de excitación de 980 nm después de depositarlas sobre un sustrato de vidrio. Para medir las pérdidas de transmisión de las microfibras se utilizó el objetivo × 20 (NA =0,4). Se aplicó la cámara del dispositivo de carga acoplada (CCD, ACTON) para obtener espectros de emisión de una microfibra, y se utilizó un espectrómetro de óptica oceánica para registrar los espectros para la medición de detección de temperatura. La excitación de microfibras que tienen diferentes diámetros se demostró con una fuente de láser de 980 nm con una potencia de láser de 0,998 mW para estudiar las propiedades térmicas microscópicas.

Configuración experimental de fenómenos de guía de ondas

Resultados y discusión

Propiedades de estructura y transmisión

La pureza de fase y la estructura cristalina de las UCNP se estudiaron mediante la aplicación de la técnica de difracción de rayos X (XRD, Rigaku Miniflex II). Los patrones de pico XRD observados (Fig. 3a) están bien indexados y de acuerdo con la tarjeta JCPDS # 17-0874. La Fig. 3 (b) muestra imágenes de microscopía electrónica de barrido (SEM, NOva Nano-SEM 650) de una microfibra. Una de las imágenes SEM se pudo ver claramente (ver el recuadro) lo que sugiere que una microfibra tiene un diámetro uniforme, junto con una superficie lisa. Para una mejor resolución, utilizamos microscopía electrónica de transmisión (TEM, Tecnai G2F30) y análisis de rayos X de dispersión de energía (EDS, Tecnai G2F30) para investigar microfibras codopadas de Ag individuales. La Figura 3 (c, d) muestra imágenes TEM y EDS, respectivamente, que confirman la fuerte evidencia de la dispersión uniforme de nanopartículas codopadas con Ag en una sola microfibra.

Proceso de caracterización de LiYF ₄ :Yb ³⁺ / Er ³⁺ y microfibras codopadas con Ag. un XRD de LiYF ₄ :Yb ³⁺ / Er ³⁺ . b SEM de microfibra codopada Ag. c TEM De microfibra codopada con Ag. d Microfibra codopada con EDS de Ag

Además, se utilizó espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS, Thermofisher Escalab 250Xi) para determinar la incorporación exitosa de iones de tierras raras e iones de Ag en el LiYF ₄ material huésped como se muestra en la Fig. 4a-f. El espectro de levantamiento XPS (Fig. 4a) muestra la presencia de elementos Li, Y, F, Yb, Er y Ag, y el pico a 55,25 eV se puede asignar a la energía de enlace de Li 1s (Fig. 4b). Los picos observados a 158,08 eV (Fig. 4c) pueden asignarse a Y 3d. El pico de 684,08 eV se atribuye a la energía de enlace de F1s (Fig. 4d). Los picos Yb 4d y Er 4d (Fig. 4e) se pueden observar a 186,08 y 164,08 eV, respectivamente. El pico ubicado en 359.08 eV está relacionado con la energía de enlace de Ag 3d. Esto confirma el tridoping exitoso de iones Ag en LiYF ₄ :Yb ³⁺ / Er ³⁺ nanopartículas [37].

XPS a encuesta, b Li 1s, c Y 3d, d F 1s, e Yb y Er 4d y f Espectros ag 3d de LiYF ₄ :Yb ³⁺ / Er ³⁺ NP dopadas con Ag

La Figura 5a muestra los espectros de rayos infrarrojos por transformada de Fourier (FTIR, Nicolet50 NTA449F3) de LiYF ₄ :Yb ³⁺ / Er ³⁺ / Nanopartículas agrícolas en la región de 400 a 4000 cm ⁻¹ . Los estudios se llevaron a cabo para determinar la pureza y la naturaleza de las nanopartículas. Los picos observados a 3452 cm ⁻¹ Estos pueden deberse al estiramiento y deformación O-H. Las bandas a 2925 y 2848 cm ⁻¹ están asociados al asimétrico (u _as ) y simétrico (u _s ) Estiramiento de la vibración del metileno (−CH ₂ ) en la molécula larga de alquilo o oleato, respectivamente. Las bandas a 1566 y 1469 cm ⁻¹ se puede asignar al asimétrico (u _as ) y simétrico (u _s ) estiramiento de la vibración del grupo carboxílico, respectivamente. Los espectros contienen un pico a 1740 cm ⁻¹ debido a la vibración de estiramiento C =O. El pico ubicado a 1383 cm ⁻¹ corresponde a la vibración de deformación C-H. Los espectros también contienen un pico a 910 y 669 cm ⁻¹ que se debe a la vibración de estiramiento asimétrico y las vibraciones de deformación Ag-O. Implica que los resultados de FTIR están de acuerdo con los valores de la literatura [38].

un Espectros FTIR de LiYF ₄ :Er ³⁺ / Yb ³⁺ / Ag. b Espectros TGA LiYF ₄ :Er ³⁺ / Yb ³⁺ / Ag

Para comprender mejor el mecanismo de formación de microfibras dopadas con Ag, el análisis gravimétrico térmico (TGA, NETZSCH) se llevó a cabo bajo un flujo de aire seco de 293 a 393 K de temperatura. Se observa en la Fig. 5b que una microfibra muestra aproximadamente dos etapas de degradación. La primera pérdida de peso por debajo de 333 K podría atribuirse a la pérdida de humedad absorbida / con la evaporación del disolvente atrapado (H ₂ O o CHCl ₃ ) que es independiente de la composición de la muestra. En el gráfico, la segunda pérdida de peso ocurre de 333 K a 393 K, lo que representa claramente el proceso de degradación polimérica. Por lo tanto, las microfibras codopadas con Ag son fibras a base de polímeros que no pueden soportar temperaturas superiores a 332 K [4].

Para investigar las propiedades ópticas individuales de las microfibras dopadas y no dopadas con Ag, se empleó luz láser (980 nm) de fibra óptica estándar para exponer microfibras en ángulos oblicuos con respecto a las microfibras a lo largo del eje. La Figura 6a muestra una microfibra codopada con Ag (diámetro ~ 6 μm) que se excitó verticalmente bajo un fondo oscuro con 980 nm y parecía que la luz se extendía por toda la fibra debido a que las nanopartículas codopadas con Ag servían como transmisor de luz. Por el contrario, la Fig. 6d representa sin microfibra codopada con Ag (diámetro ~ 6,5 μm) que se excitó bajo un fondo oscuro en la posición superior con una fuente de láser de 980 nm. Sugiere que la luz no puede transmitirse por igual en fibra debido a la alta autoabsorción y los fenómenos de dispersión de Rayleigh. Una microfibra (diámetro ~ 6 μm) que contiene NP codopadas con Ag muestra una alta emisión de luz verde que Ag sin dopar (diámetro ~ 6,5 μm) que tiene la misma excitación de la fuente láser en campo oscuro. Se observa que los puntos extremos brillantes sin racimo que tengan guías de ondas ópticas pretenden que la microfibra co-dopada con Ag absorba la luz IR cercana y conduzca de la misma manera hacia los puntos finales. Además, las Fig. 6b yc indican que las fibras codopadas con Ag que tienen diferentes diámetros (~ 15,55 y ~ 9,15 μm) se excitaron en cinco posiciones diferentes y exhibieron emisiones de luz verde hacia los puntos finales. Por el contrario, se aplicó una fuente láser de 980 nm para excitar microfibras (sin Ag NP) en diferentes cinco posiciones con diferentes diámetros (~ 11,89 y 14,57 μm) que se muestran en la Fig. 6e-f, lo que indica una menor emisión de luz verde hacia los puntos finales. La intensidad de la fotoluminiscencia (PL) de los puntos excitados contra los puntos finales se realizó para elaborar el rendimiento de guía de ondas de las microfibras (con y sin Ag NP) cuantitativamente [39]. Usamos adobe photoshop para convertir imágenes puntuales de estilos RGB a grises, estos valores de grises fueron evaluados usando MATLAB para caracterizar las intensidades correspondientes. Después de normalizar los puntos finales de las intensidades de fotoluminiscencia hacia los puntos excitados, se obtuvieron curvas de desintegración dependientes de la distancia de propagación de la luz.

Imágenes de fotoluminiscencia con diferentes diámetros de microfibras. un - c Luminiscencia de microfibra Ag bajo fondo oscuro. d - f Excitación sin microfibra Ag bajo fondo negro

Las pérdidas de transmisión se midieron utilizando la ecuación [40]:

$$ \ frac {I _ {\ mathrm {punto final}}} {I _ {\ mathrm {O}}} =\ exp \ left (- \ upalpha \ mathrm {d} \ right) $$ (1)

Aquí, Eq. (1) muestra que la distancia de los puntos excitados aumenta, lo que da como resultado una disminución exponencial de la intensidad de la fotoluminiscencia. La relación entre la intensidad de la fotoluminiscencia en función de la distancia de guía de las fibras (~ 15,55 y ~ 9,15 μm) con Ag NP se muestra en la Fig. 7a, b. Los espectros emitidos se recogieron en cinco posiciones a lo largo del eje de las microfibras que especifica la transmisión de luz láser con coeficientes de pérdida de transmisión α =108,94 cm ⁻¹ y 91,05 cm ⁻¹ . Por el contrario, la Fig. 7c, d demuestra que los coeficientes de pérdida de transmisión de las microfibras (sin Ag NP) que tienen un diámetro de 11,89 y 14,57 μm son aproximadamente 231,72 y 274,84 cm ⁻¹ , respectivamente. Es de destacar que cuando la luz se guía a través de microfibras codopadas con Ag, mantiene áreas de modo pequeñas a lo largo de toda la longitud de la fibra. Permite una fuerte interacción entre la luz y las nanopartículas de Ag en cascada y conduce a una transferencia de luz con alta eficiencia en relación con las microfibras sin Ag. Las nanopartículas co-dopadas con Ag tienen una conversión de fotón a plasmón altamente eficiente en microfibras de guía de ondas y facilitaron interacciones mejoradas de materia luminosa dentro de un área altamente localizada [41]. Acelera las oportunidades para desarrollar componentes y dispositivos fotónicos basados en Ag que tienen alta compacidad, bajo consumo de energía óptica y tamaños reducidos. Se observa que la excitación multifotónica simultánea se ha aplicado ampliamente en microscopía óptica fluorescente para mostrar una mayor resolución y una disminución de la autofluorescencia de la muestra, así como una mayor profundidad de imagen. Sin embargo, la sección transversal de baja absorción NIR de los marcadores multifotónicos requiere que esta técnica esté sujeta al uso de láser de pulsos ultracortos de alta potencia de pico. Principalmente distinto del proceso multifotónico simultáneo en tintes y QD, que implica el uso de un nivel de energía virtual, la conversión ascendente de fotones en los UCNP se basa en la absorción secuencial de fotones de baja energía mediante el uso de niveles de energía en escalera de iones de dopaje de lantánidos. Esta diferencia mecánica cuántica hace que UCNP sea más eficiente en órdenes de magnitud que el proceso multifotónico, lo que permite la excitación con un diodo láser de onda continua de bajo costo con una irradiancia de baja energía, generalmente tan baja como ∼ 10 ⁻¹ W.cm ⁻² [42]. Las microfibras (UCNPs / PMMA / Ag) poseen propiedades de transmisión favorables. Por lo tanto, las microfibras propuestas (UCNP / PMMA / Ag) tienen ventajas de fácil fabricación, bajo costo, plasticidad fuerte y propiedades ópticas únicas de las UCNP, como un gran cambio anti-stokes y abundantes bandas de emisión, lo que respalda aún más sus aplicaciones basadas en la señal óptica. transmisión, sensores y componentes ópticos. En consecuencia, nuestros resultados estimados de actuaciones de guía de ondas muestran una buena concordancia con el trabajo informado [43, 44].

un , b Ajuste de líneas entre la intensidad de la fotoluminiscencia (PL) y la distancia de guía de diferentes diámetros de microfibras con Ag codopado bajo diferentes puntos de excitación. c - d Ajuste de líneas entre la intensidad de la fotoluminiscencia (PL) y la distancia de guía de diferentes diámetros de microfibras sin Ag codopado bajo diferentes puntos de excitación

Niveles de energía y efectos térmicos

Elaborar el diagrama de niveles de energía de UCNPs (Yb ³⁺ / Er ³⁺ ), se observaron dos bandas de emisión verde dominantes alrededor de 522 y 541 y una banda de emisión roja centrada en ~ 660 nm. Estas líneas de emisión observadas se originan en ² H _2/11 → ⁴ Yo _15/2 , ⁴ S _3/2 → ⁴ F _2/9 y ⁴ S _3/2 → ⁴ Yo _15/2 de Er ³⁺ iones, respectivamente. Niveles de energía ² H _2/11 y ⁴ S _3/2 están poblados por dos procesos de fotones. Para el sistema de población de Yb ³⁺ / Er ³⁺ iones, Yb ³⁺ Los iones son excitados por los fotones de bombeo para poblar tres niveles consecutivos de Er ³⁺ iones que se demuestran como ⁴ Yo _2/11 , ⁴ F _2/9 y ² H _2/11 niveles. Se observa que la población de ² H _2/11 se obtiene del proceso dado ⁴ Yo _15/2 → ⁴ Yo _2/11 (Er ³⁺ ):⁴ Yo _2/11 → ² H _2/11 (Er ³⁺ ) niveles. Este fenómeno es causado por la excitación de la temperatura entre niveles acoplados térmicamente. Por lo tanto, las poblaciones de ² H _2/11 y ⁴ S _3/2 satisfacer las estadísticas de Boltzmann, lo que da como resultado una variación de las tasas de población de ² H _2/11 → ⁴ Yo _15/2 y ⁴ S _3/2 → ⁴ Yo _15/2 niveles [45]. El mecanismo del proceso de conversión ascendente en Er ³⁺ / Yb ³⁺ se ilustra en la Fig. 8.

Diagrama de nivel de energía de LiYF ₄ :Yb ³⁺ / Er ³⁺

Los UCNP codopados con Ag en fibras mostraron espectros con una fuente láser de 980 nm. La luminiscencia de conversión ascendente (UC) es adecuada para aplicaciones de detección de temperatura. Por tanto, las Figs. 9a y 10a representaron los espectros de emisión de Ag y sin las NP co-dopadas con Ag que variaron de 400 a 750 nm bajo una fuente de excitación de láser de fibra, y los espectros se recolectaron con un incremento promedio de 5 ° C en régimen de temperatura (303–348 K) . Curiosamente, al aumentar la temperatura, las intensidades de emisión disminuyeron significativamente, por lo que se utilizaron potencias de láser de 0,998 mW para evitar los efectos térmicos, lo que indica claramente el comportamiento dependiente de la temperatura. Mientras que UCNPs-MF se calentó en el dominio de temperatura de 348-303 K, toda la fotoluminiscencia se restauró a la posición original, mientras que las intensidades mostraron una reducción significativa al aumentar la temperatura. Por lo tanto, esta reducción significativa en la intensidad se atribuye a la escalada de la variedad de intensidad relativa correspondiente a varias tasas de relajación de multifonones a diversas tasas de relajación de multifonones. La intensidad luminiscente aumenta significativamente al introducir Ag en una microfibra en las mismas condiciones experimentales. Normalmente, la energía térmica se genera mediante luz láser cerca del área irradiada, cuya temperatura se mide aplicando sensores térmicos, para estimar la temperatura del punto irradiado con gran precisión. La técnica de relación de intensidad de fluorescencia es una técnica versátil ampliamente utilizada para estimar la temperatura. Hablamos de fibras codopadas de Ag y sin Ag tras la fluctuación de temperatura; poblaciones de ² H _2/11 y ⁴ S _3/2 siguió la distribución de Boltzmann que resultó en tasas de población variables de ² H _2/11 → ⁴ Yo _15/2 y ⁴ S _3/2 → ⁴ Yo _15/2 . La detección de temperatura se puede calcular utilizando una relación de intensidad entre ² H _2/11 → ⁴ Yo _15/2 y ⁴ S _3/2 → ⁴ Yo _15/2 transiciones. El método de la relación de intensidad de fluorescencia (FIR) se puede expresar a partir de la siguiente ecuación [46]:

$$ \ mathrm {FIR} =\ frac {I_ {522 \ mathrm {nm} \ kern0.75em}} {I_ {541 \ mathrm {nm}}} =C \ exp \ left (- \ frac {\ Delta E } {kT} \ \ right) $$ (2)

un Espectros de emisión de conversión ascendente 3D de microfibra codopada con Ag bajo una fuente de excitación de 980 nm. b Curvas ajustadas entre la relación de intensidad de fluorescencia y la temperatura. c Datos ajustados entre sensibilidad (K ⁻¹ ) y temperatura (K) de microfibra codopada con Ag

un Espectros de emisión de conversión ascendente 3D sin Ag bajo una fuente de excitación de 980 nm. b Curvas ajustadas entre la relación de intensidad de fluorescencia y la temperatura sin Ag. c Datos ajustados entre sensibilidad (K ⁻¹ ) y temperatura (K) sin Ag

Aquí, yo _{522 nm} y yo _{541 nm} son las intensidades relativas, C es la constante de proporcionalidad, ΔE es la brecha de energía entre 522 y 540 nm, T es la temperatura absoluta y k es la constante de Boltzmann. Además, las Figs. 9b y 10b muestran la variación de FIR con la temperatura; Eq. (2) determinaron que los datos experimentales observados tienen una buena relación de ajuste lineal. Vale la pena investigar otro parámetro clave que es el mecanismo de detección térmica de microfibras dopadas con Ag y sin Ag. Por lo tanto, la sensibilidad ( S ) se puede escribir de la siguiente manera [47]:

$$ {S} _ {\ mathrm {a}} =\ frac {\ mathrm {FIR}} {\ mathrm {dT}} =\ mathrm {FIR} \ left (\ frac {\ Delta E} {kT ^ 2 } \ derecha) $$ (3)

Aquí, S _a es la sensibilidad absoluta de Ag y sin microfibras codopadas con Ag. Las curvas se muestran en las Figs. 9c y 10c, pero valores digitales (FIR, ΔE y k ) para Ag y sin Ag se obtienen mediante curvas ajustadas presentadas en las Figs. 9b y 10b. Sensibilidades máximas del sensor para LiYF ₄ :Yb ³⁺ / Er ³⁺ y LiYF ₄ :Yb ³⁺ / Er ³⁺ / Ag demostró ser 0.0065 y 0.0095 K ^{° 1} a 303 K, respectivamente. Las sensibilidades del sensor de temperatura óptico en diferentes materiales huésped se enumeran en la Tabla 1. Aunque otras sensibilidades tienen un valor más alto en comparación con las que no tienen Ag UCNP, LiYF ₄ :Yb ³⁺ / Er ³⁺ / Ag es superior a los materiales de acogida.

Esto puede estar relacionado con la mayor sensibilidad entre otros materiales hospedantes, como se muestra en la Tabla 1. Además, observamos que la sensibilidad de LiYF ₄ :Yb ³⁺ / Er ³⁺ / Ag a 303 K también es más alto que LiYF ₄ :Yb ³⁺ / Er ³⁺ manifestado en una conversión de fotón a plasmón altamente eficiente de nanopartículas de Ag en microfibras. Las microfibras codopadas con Ag son intrínsecamente inmunes al fotoblanqueo, lo que proporciona un dopante de alta estabilidad para la detección óptica. Sugiere que las fibras codopadas con Ag debido a sus importantes propiedades de detección son adecuadas para el reconocimiento de temperatura. Como resultado, la utilización de nanopartículas de Ag en una microfibra es beneficiosa para aumentar la luminiscencia y adaptar las propiedades de detección térmica, lo que sugiere un sensor de temperatura sensible prometedor.

Conclusiones

En resumen, tetrogonal-LiYF ₄ :Yb ³⁺ / Er ³⁺ se prepararon mediante el método de descomposición térmica y las fibras se fabricaron después de dopar conjuntamente la solución de PMMA con Ag y UCNP. La incorporación exitosa de Ag en UCNP fue respaldada mediante análisis SEM, TEM, EDS, XPS, FTIR y TGA. Se investigaron las microfibras de polímero codopadas con Ag con un enfoque de excitación de guía de ondas y un uso potencial demostrado en sensores térmicos. La sensibilidad a la temperatura dependiente de la intensidad de la microfibra Ag (0,0095 K ^{° 1} ) es mayor que el Ag sin dopar (0,0065 K ^{° 1} ) a 303 K, proponiendo que las microfibras dopadas con Ag son candidatos potenciales para mejorar la sensibilidad a la temperatura basada en la intensidad a temperatura ambiente, lo que abre nuevas oportunidades para desarrollar dispositivos fotónicos y plasmónicos compactos con baja potencia óptica. En el desarrollo de un método de microfibras recientemente empleado con propiedades específicas, pueden ser posibles mejoras significativas en la mejora de la conversión ascendente, lo que lleva a un convertidor ascendente más eficiente, lo que permite muchas de las aplicaciones tecnológicas de estos materiales.