实验室周博教授团队:单波长激发的单颗粒纳米晶全彩发光
镧系发光材料因其丰富的能级结构,在激光、生物成像、信息安全等领域展现出广泛应用前景。然而,传统的上转换和发光材料在固定组成下通常表现出特定的发射颜色。近年来开发的纳米材料需要双波长或多波长激发,导致泵浦系统复杂,而且材料结构复杂容易出现光谱串扰,极大限制了全彩发光材料的开发与应用。
近日,华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室的周博教授团队提出了一种通过时域调控多层核壳结构纳米晶的上转换动力学来实现单波长全色调谐的概念模型。利用Er-Tm-Yb三元体系的协同调制效应,在单一980 nm激光激发下,通过调节脉冲宽度实现 Er³⁺从红光到绿光的动态切换,并利用时间门控技术过滤短寿命信号获得Tm³⁺的蓝光发射。该方法无需传统多波长激发,显著简化了泵浦系统,在全色立体显示、高级防伪等领域具有重要应用。
研究团队构建了NaYF4:Yb/Tm@NaYF4@NaYbF4:Er/Tm/Yb@ NaYF4多层核壳结构:核心层掺杂 Yb³⁺/Tm³⁺产生蓝光发射,外壳层掺杂 Er³⁺/Tm³⁺/Yb³⁺调控红绿光,中间以NaYF4惰性层隔离避免串扰,最外层惰性壳层则用于抑制表面猝灭。实验表明,在Er/Tm/Yb三元体系中,Er³⁺的红绿光转换源于Tm³⁺介导的能量转移循环(ETL)过程对其上升时间的调制;而Tm³⁺的蓝光通过低浓度掺杂抑制浓度猝灭,并结合时间门控技术实现分离。通过调节激发模式(连续波、短脉冲、时间门控),单一纳米颗粒可实现红、绿、蓝三色输出,并成功应用于图案的全色显示和信息加密,验证了单波长激发的全色调控在光电子领域的应用潜力。
图1 单波长激发的全彩调谐及其潜在应用
相关研究成果以“Full-colortuning in multi-layer core-shell nanoparticles from single-wavelengthexcitation”为题发表在Nature Communications上,其中通讯作者为周博教授,第一作者为黄今殊博士后。该研究工作得到了国家自然科学基金、中国博士后科学基金、发光材料与器件全国重点实验室基金等资助。
原文链接:
https://doi.org/10.1038/s41467-025-57622-y