Advanced Optical Materials:多模多彩发光微米晶

能够响应不同激励形式而发光的多模发光材料,对于传感,光电器件和信息加密等应用非常重要。传统多模发光材料主要包括有机分子,碳量子点以及掺杂型无机发光材料。有机分子可通过灵活的分子设计实现多模发光,包括荧光,延迟荧光,磷光和应力发光。然而,由于缺乏刚性结构,有机分子通常显示出相对较差的化学和发光稳定性。碳量子点也具有诸如荧光,磷光和上转换发光的多模发射特征,但不同的发光模式效率差异较大。掺杂型发光材料通过将镧系和过渡金属离子引入到基质材料的晶格中,可在价带和导带间产生许多杂质能级,从而实现高度可调的发光过程。但是,在此类掺杂材料中构造多模发射过程,通常需要采用精细的纳米结构基质,其合成过程繁琐且再现性较差。

鉴于此,香港城市大学材料科学及工程学系王锋课题组报道了一种离子掺杂型CaZnOS微晶材料,具有多种模式的发光,包括X射线发光、下转移发光、上转换发光以及应力发光。通过改变掺杂离子的种类和浓度,实现了从可见到近红外的光学调控,相关研究结果发表在Advanced Optical Materials (DOI: 10.1002/adom.202000274)上。论文第一作者为博士研究生张鑫。

CaZnOS是一种宽带隙半导体,其自身发光性能并不出色。当以CaZnOS为骨架,分别在Ca和Zn格位掺杂镧系和锰离子后,由于丰富杂质能级的引入,光学性能得到大幅提升,得以在X射线、紫外和近红外光子以及机械作用下产生不同颜色的发射。研究发现,这种依赖于激励形式的发光特性源于基质与掺杂离子、以及掺杂离子之间的特定能量传递过程。研究人员同时发现,这类材料具有较强的可处理性,可通过丝网印刷的方式构建多模发光图案,用于防伪和信息加密。

由于无机晶体的高稳定性和出色的光学可调性,这种构建可调多模发光的策略简单、经济高效、易重现,且产物坚固耐用。该研究可能会激发出光学调谐和编码的新思想。