Upconversion luminescence, scintillation properties and optical thermometry behaviors of Tm3+, Yb3+: Gd2Zr2O7 nanocrystals

发光 闪烁 光子上转换 纳米晶 材料科学 闪烁体 光致发光 光学 矿物学 光电子学 化学 纳米技术 物理 探测器
作者
Tian Xie,Pan Jiang,Chengbin Zhang,Ruoshan Lei,Huang Xingzhen,Lei Lei,Shilong Zhao,Bingpeng Li,Xu Shiqing
出处
期刊:Journal of Luminescence [Elsevier BV]
卷期号:252: 119437-119437
标识
DOI:10.1016/j.jlumin.2022.119437
摘要

The development of multifunctional nanocrystals has attracted growing interest lately in the biological and medical sciences. Herein, the dual-mode luminescence properties and optical thermometric performances of Tm 3+ , Yb 3+ : Gd 2 Zr 2 O 7 nanocrystals synthesized by a facile hydrothermal method are investigated systematically. Upon 980 nm excitation, the upconversion (UC) luminescence spectra of the obtained samples consist of blue (485 nm), red (655 and 681 nm), and near-infrared (785 nm) emission bands of Tm 3+ ions. Diversely, the X-ray excited luminescence (XEL) spectra contain a strong ultraviolet (UV) emission from Gd 3+ ions (314 nm), a weak defect-related emission band (400–600 nm), and several tiny emissions from Tm 3+ ions. To realize the optical thermometry in the biological window, the luminescence intensity ratio (LIR) between 3 F 2,3 → 3 H 6 (681 nm) and 1 G 4 → 3 F 4 (655 nm) transitions is employed for temperature sensing, giving high absolute and relative sensing sensitivities (S a-max = ∼1064 × 10 −4 K −1 , S r-max = ∼2.32%K −1 ). Therefore, the present Tm 3+ , Yb 3+ : Gd 2 Zr 2 O 7 nanocrystals could be useful in optical thermometry, photodynamic therapy, and X-ray imaging. • Dual-mode luminescence and thermometric properties of Tm 3+ /Yb 3+ : Gd 2 Zr 2 O 7 are studied. • UCL spectra consist of blue, red and NIR emissions of Tm 3+ upon 980 nm excitation. • UV emission from Gd 3+ is predominant under X-ray excitation. • LIR of 681 nm–655 nm shows high sensing sensitivity with S r-max of 2.32% K −1 . • Tm 3+ /Yb 3+ : Gd 2 Zr 2 O 7 could be used for optical thermometry and photodynamic therapy.

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