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碲化物发光玻璃中银纳米颗粒表面等离激元增强铒离子发光的研究（英文）
1
作者
陈晓波
李崧
+9 位作者
赵国营
龙江迷
王水锋
郑东
吴正龙
孟少华
郭敬华
徐玲芝
于春雷
胡丽丽
《光谱学与光谱分析》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2019年第7期2293-2298,共6页
有趣的贵金属表面等离激元的光学性质,尤其是在发光增强领域的表现,使得它已经成为全球的一个研究热点。表面等离激元就是光与贵金属中的自由电子相互作用时,自由电子和光波电磁场由于共振频率相同而形成的一种集体振荡态。该文研究了...
有趣的贵金属表面等离激元的光学性质,尤其是在发光增强领域的表现,使得它已经成为全球的一个研究热点。表面等离激元就是光与贵金属中的自由电子相互作用时,自由电子和光波电磁场由于共振频率相同而形成的一种集体振荡态。该文研究了碲化物玻璃中银纳米颗粒的表面等离激元共振增强铒离子的发光。我们测量了吸收谱、激发谱、发光谱以及荧光寿命。首先,我们挑选365.5和379.0nm吸收峰作为激发波长测量了385~780nm波长范围的可见发光光谱,发现有4个发光峰,依次位于408.0,525.0,546.0和658.5nm,容易指认出它们依次为铒离子的2H9/2→4I15/2,2H11/2→4I15/2,4S3/2→4I15/2和4F9/2→4I15/2的荧光跃迁;可以计算出[80nm平均粒径纳米银的Er^3+(0.5%)Ag(0.2%):碲化物玻璃的样品A]的上述4个可见发光的峰值强度是[Er^3+(0.5%):碲化物玻璃的样品C]的大约1.44~2.52倍。同时,[50nm平均粒径纳米银的Er^3+(0.5%)Ag(0.2%):碲化物玻璃的样品B]的上述4个可见发光的峰值强度是样品C的大约1.08~1.55倍。随后,我们挑选365.5和379.0nm吸收峰作为激发波长测量了928~1680nm波长范围的近红外发光光谱,发现近红外波段有两个发光峰,位于979.0和1530.0nm,容易指认出它们依次为铒离子的4I11/2→4I15/2和4I13/2→4I15/2的荧光跃迁;同样可以计算出样品A的上述2个近红外发光的峰值强度是样品C的大约1.43~2.14倍。同时,样品B的上述2个近红外发光的峰值强度是样品C的大约1.28~1.82倍。因此,发光的最大增强大约是2.52倍。从荧光寿命动力学实验,我们发现样品A的荧光寿命为τA(550)=43.5μs,样品B的荧光寿命为τB(550)=43.2μs,样品C的荧光寿命为τC(550)=48.6μs。这些实验结果证实了τA≈τB<τC。它意味着样品(B)相对于样品(C)的发光增强是源于自发辐射增强效应。然而,它也意味着样品(A)相对于样品(B)的发光增强是源于纳米银颗粒的粒径尺寸r效应。也就是说当粒径尺寸r增大的时候,散射截面Cs和r^6成正比,而吸收截面Ca和r^3成正比,因此散射截面Cs增大的速度会远大于吸收截面Ca增大的速度,而散射截面Cs是荧光增强的原因,吸收截面Ca是荧光减弱的原因,所以随着银纳米颗粒尺寸的增大,其散射截面占主要部分,当发光材料和金属表面等离子体SP发生耦合时,能量快速的转移到金属表面等离子体SP上,而后被散射到远场,这有利于增强荧光。其综合的结果就导致了发光强度会随r的增大而增强。上述实验的结果对太阳能电池的光伏发电和生物物理应用等领域都有着很好的应用前景。
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关键词
银纳米颗粒
发光增强
表面等离激元
碲化物的玻璃
铒离子
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职称材料
题名
碲化物发光玻璃中银纳米颗粒表面等离激元增强铒离子发光的研究（英文）
1
作者
陈晓波
李崧
赵国营
龙江迷
王水锋
郑东
吴正龙
孟少华
郭敬华
徐玲芝
于春雷
胡丽丽
机构
北京师范大学应用光学北京重点实验室和物理系
上海应用技术大学材料科学与技术系
中国科学院上海光学精密机械研究所
出处
《光谱学与光谱分析》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2019年第7期2293-2298,共6页
基金
The National Natural Science Foundation of China(51472028)
the Fundamental Research Funds for the Central Universities of China(2017TZ01)
文摘
有趣的贵金属表面等离激元的光学性质,尤其是在发光增强领域的表现,使得它已经成为全球的一个研究热点。表面等离激元就是光与贵金属中的自由电子相互作用时,自由电子和光波电磁场由于共振频率相同而形成的一种集体振荡态。该文研究了碲化物玻璃中银纳米颗粒的表面等离激元共振增强铒离子的发光。我们测量了吸收谱、激发谱、发光谱以及荧光寿命。首先,我们挑选365.5和379.0nm吸收峰作为激发波长测量了385~780nm波长范围的可见发光光谱,发现有4个发光峰,依次位于408.0,525.0,546.0和658.5nm,容易指认出它们依次为铒离子的2H9/2→4I15/2,2H11/2→4I15/2,4S3/2→4I15/2和4F9/2→4I15/2的荧光跃迁;可以计算出[80nm平均粒径纳米银的Er^3+(0.5%)Ag(0.2%):碲化物玻璃的样品A]的上述4个可见发光的峰值强度是[Er^3+(0.5%):碲化物玻璃的样品C]的大约1.44~2.52倍。同时,[50nm平均粒径纳米银的Er^3+(0.5%)Ag(0.2%):碲化物玻璃的样品B]的上述4个可见发光的峰值强度是样品C的大约1.08~1.55倍。随后,我们挑选365.5和379.0nm吸收峰作为激发波长测量了928~1680nm波长范围的近红外发光光谱,发现近红外波段有两个发光峰,位于979.0和1530.0nm,容易指认出它们依次为铒离子的4I11/2→4I15/2和4I13/2→4I15/2的荧光跃迁;同样可以计算出样品A的上述2个近红外发光的峰值强度是样品C的大约1.43~2.14倍。同时,样品B的上述2个近红外发光的峰值强度是样品C的大约1.28~1.82倍。因此,发光的最大增强大约是2.52倍。从荧光寿命动力学实验,我们发现样品A的荧光寿命为τA(550)=43.5μs,样品B的荧光寿命为τB(550)=43.2μs,样品C的荧光寿命为τC(550)=48.6μs。这些实验结果证实了τA≈τB<τC。它意味着样品(B)相对于样品(C)的发光增强是源于自发辐射增强效应。然而,它也意味着样品(A)相对于样品(B)的发光增强是源于纳米银颗粒的粒径尺寸r效应。也就是说当粒径尺寸r增大的时候,散射截面Cs和r^6成正比,而吸收截面Ca和r^3成正比,因此散射截面Cs增大的速度会远大于吸收截面Ca增大的速度,而散射截面Cs是荧光增强的原因,吸收截面Ca是荧光减弱的原因,所以随着银纳米颗粒尺寸的增大,其散射截面占主要部分,当发光材料和金属表面等离子体SP发生耦合时,能量快速的转移到金属表面等离子体SP上,而后被散射到远场,这有利于增强荧光。其综合的结果就导致了发光强度会随r的增大而增强。上述实验的结果对太阳能电池的光伏发电和生物物理应用等领域都有着很好的应用前景。
关键词
银纳米颗粒
发光增强
表面等离激元
碲化物的玻璃
铒离子
Keywords
Ag nanoparticles
Luminescence enhancement
Surface plasmon
Telluride glass
Er^3+ ion
分类号
O482.3 [理学—固体物理]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
碲化物发光玻璃中银纳米颗粒表面等离激元增强铒离子发光的研究（英文）
陈晓波
李崧
赵国营
龙江迷
王水锋
郑东
吴正龙
孟少华
郭敬华
徐玲芝
于春雷
胡丽丽
《光谱学与光谱分析》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2019
0
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