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大连海事大学于洪全:一维电纺Y2Ti2O7:Ho/Yb纳米结构的发光特性及防伪应用

学术动态    2022-07-05 16:31

DOI: 10.1016/j.ceramint.2022.06.086

 

本研究利用单喷嘴系统,通过简便静电纺丝技术制备了一维Y2Ti2O7:Ho/Yb纳米结构,包括纳米线、纳米管和wire-in-tube结构。Y2Ti2O7:Ho/Yb纳米线的直径在180-200nm之间。Y2Ti2O7:Ho/Yb纳米管的外径为180nm,壁厚为30-40nm。在Y2Ti2O7:Ho/Yb wire-in-tube结构中,管外径、管壁厚和线直径分别为180-190、25-30和30-35nm。静电纺丝工艺的环境湿度对一维Y2Ti2O7:Ho/Yb纳米结构的形貌有着很大的影响。此外,研究了一维Y2Ti2O7:Ho/Yb纳米结构与通过固态反应制备的Y2Ti2O7:Ho/Yb块体的上转换发光特性和温度敏感性。为了实现其双模防伪功能,采用均相沉淀技术在Y2Ti2O7:Ho/Yb纳米管上涂覆稀土硝酸盐(RE(NO3)3),以获得Y2Ti2O7:1mol%Ho/20mol%Yb@Y2O3:10mol%Eu核壳结构纳米管。

 

图1.静电纺丝制备一维Y2Ti2O7:Ho/Yb纳米结构的工艺流程图。

 

图2.在(a)20%、(b)30%、(c)40%和(d)50%不同大气湿度下形成的一维Y2Ti2O7:Ho/Yb纳米结构的SEM照片。整个静电纺丝过程的环境温度为25℃。所有初纺产物在100℃至500℃的温度范围内以1℃/min的加热速率退火。

 

图3.Y2Ti2O7:Ho/Yb中空纳米结构的SEM照片:(a)Y2Ti2O7:1%Ho/5%Yb NB;(b)Y2Ti2O7:1%Ho/10%Yb NB;(c)Y2Ti2O7:1%Ho/20%Yb NB。

 

图4.Y2Ti2O7:Ho/Yb纳米管的TEM和HR-TEM图像以及SAED图谱:(a1-a3)Y2Ti2O7:1%Ho/5%Yb NB;(b1-b3)Y2Ti2O7:1%Ho/10%Yb NB;(c1-c3)Y2Ti2O7:1%Ho/20%Yb NB。

 

图5.Y2Ti2O7:Ho/Yb纳米管的元素映射图:(a1-a6)Y2Ti2O7:1%Ho/5%Yb NB;(b1-b6)Y2Ti2O7:1%Ho/10%Yb NB;(c1-c6)Y2Ti2O7:1%Ho/20%Yb NB。

 

图6.管状Y2Ti2O7:Ho/Yb纳米结构的EDS图。

 

图7.一维Y2Ti2O7:Ho/Yb wire-in-tube结构的SEM和TEM图像。

 

图8.一维Y2Ti2O7:Ho/Yb wire-in-tube结构的元素映射图像。

 

图9.一维Y2Ti2O7:Ho/Yb纳米结构和块状样品的XRD图谱。

 

图10.Y2Ti2O7:1%Ho/5%Yb NB、Y2Ti2O7:1%Ho/10%Yb NB和Y2Ti2O7:1%Ho/20%Yb NB样品在980nm激光激发下的UC发射光谱。

 

图11.(a-c)Y2Ti2O7:1%Ho/5%Yb NB、Y2Ti2O7:1%Ho/10%Yb NB和Y2Ti2O7:1%Ho/20%Yb NB样品在980nm激光激发以及不同工作电流下的UC发射光谱。(d-f)相应Y2Ti2O7:Ho/Yb NB样品红色和绿色UC发射的积分强度对激光工作电流的依赖性。

 

图12.Yb和Ho的能级图以及在980nm激光激发下可能的UC过程。实线和虚线表示吸收/辐射跃迁和ET/非辐射弛豫。

 

图13.(a-d)Y2Ti2O7:1%Ho/5%Yb NB、Y2Ti2O7:1%Ho/10%Yb NB、Y2Ti2O7:1%Ho/20%Yb NB和Y2Ti2O7:1%Ho/20%Yb块状样品在980nm激发下的温度相关UC发射光谱;(e)Y2Ti2O7:1%Ho/5%Yb NB、Y2Ti2O7:1%Ho/10%Yb NB、Y2Ti2O7:1%Ho/20%Yb NB和Y2Ti2O7:1%Ho/20%Yb块状试样的LIR强度比(IR/IG)与温度的关系。正方形、圆形和三角形代表实验数据;实线代表拟合数据。

 

图14.Y2Ti2O7:1%Ho/5%Yb NB、Y2Ti2O7:1%Ho/10%Yb NB、Y2Ti2O7:1%Ho/20%Yb NB和Y2Ti2O7:1%Ho/20%Yb块状试样在不同温度下的绝对灵敏度(Sa)和相对灵敏度(Sr)。

 

图15.Y2Ti2O7:1mol%Ho/20mol%Yb@Y2O3:10mol%Eu核壳纳米管的SEM(a)和TEM(b)照片。

 

图16.Y2Ti2O7:1mol%Ho/20mol%Yb@Y2O3:10mol%Eu核壳纳米管的元素映射图。

 

图17.Y2Ti2O7:1mol%Ho/20mol%Yb@Y2O3:10mol%Eu核壳纳米管的EDS图。

 

图18.Y2Ti2O7:1mol%Ho/20mol%Yb@Y2O3:10mol%Eu核壳纳米管的XRD图谱。

图19.Y2Ti2O7:1mol%Ho/20mol%Yb@Y2O3:10mol%Eu核壳纳米管样品的荧光图谱、发射光谱和CIE色度图。