我校光电材料与器件研究院在动态荧光信息显示技术领域取得重要进展

近日，光电学院光电材料与器件研究院在动态荧光信息显示技术领域取得新进展，研究成果“Modulating Electrons Population Pathways for Time-dependent Dynamic Multicolor Display”发表在国际权威期刊Materials Horizons（2021，https://doi.org/10.1039/D1MH01405F）。该文章的第一作者为我校研究生徐玮鑫，通讯作者为雷磊副研究员和徐时清教授，相关工作得到了浙江省自然科学基金重点项目（LZ21A040002）和国家自然科学基金面上项目（52172164）的支持。

稀土离子具有丰富的阶梯状排列能级结构，能够产生对应于紫外到近红外的电子跃迁，通过掺杂不同类型的稀土离子实现不同波段的发光，是一种常见的静态颜色调控方法。为了在同一体系中获得动态颜色变化，通常需要设计复杂的材料结构，并改变激发条件（激发波长、脉冲宽度或激发功率等）或外界环境（温度、电场、磁场或压力等）。本研究成果在稀土离子掺杂氟化物纳米晶体系中，利用余辉与上转换发光的不同电子填充路径，实现了仅依赖于时间的动态颜色调控。

图1 （a）和（b）分别为Na₃HfF₇: 2Yb/6Er 纳米晶的上转换与闪烁光谱；（c）为绿光的衰减曲线；（d）和（e）分别为Na₃HfF₇: 2Yb/0.5Tm纳米晶的上转换与闪烁光谱；（f）蓝光的衰减曲线；（g）上转换与闪烁性能的机理示意图。

在980nm激发条件下，Yb/Er:Na₃HfF₇纳米晶因显著的交叉弛豫过程（⁴F_7/2 + ⁴I_11/2 → ⁴F_9/2）而呈现单谱带上转换红光，然而该体系在X射线激发条件下产生明亮的绿光闪烁性能。与之类似，Yb/Tm:Na₃HfF₇纳米晶具有单谱带近红外上转换发光与X射线激发的蓝光闪烁性能。在980nm近红外光激发条件下，激活离子的激发态能级从低能级至高能级被逐步填充，交叉弛豫过程的影响较大，而在X射线激发条件下，大量的二次电子能够有效填充激活离子的多重激发态能级，交叉弛豫过程的影响较小，使得同一激活离子在980nm近红外光与X光激发条件下输出不同的荧光性能。此外，由于四方相Na₃HfF₇自身的低对称性以及异价离子掺杂产生的晶格畸变，使得稀土离子产生明显的能级劈裂，在X射线激发条件下获得了从紫外到近红外的多重跃迁谱线，为室温条件下研究稀土离子的精细结构提供了一种新的方法。

图2 （a）结合余辉与上转换发光实现动态颜色调控的过程示意图；（b）在有无980nm激发条件下的动态变化图案。

Na₃HfF₇: 2Yb/6Er 纳米晶在X射线激发条件下能够产生明亮的绿色余辉，与红色上转换发光具有显著的区别，由于余辉强度随着时间的变化逐渐减弱，同时上转换发光强度在固定功率激发条件下保持不变，因此通过结合余辉与上转换发光的方法，能够获得依赖于时间的动态颜色变化。利用含有纳米晶的墨水打印出设计好的图案，并将其在X射线条件下辐照5分钟，此时可观察到明亮的绿色图案。在合适功率的980nm激发条件下，该图案从绿色逐渐转变为红色，这种动态颜色变化过程仅依赖于时间，不需要额外改变任何参数，在多模成像、信息存储、动态显示以及荧光防伪等领域具有很好的应用前景。

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 本期制作

文案 | 光学与电子科技学院   叶仁广  

排版 | 创意中心   王梦晴

责编 | 宓卓慧

责审 | 王一颖

终审 | 顾佳隽

10月29日

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材料来源：人民网

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