銀ナノ粒子を組み込んだポリマーマイクロファイバー：光学センシングのための新しいプラットフォーム

背景

ランタニドイオンとの同時ドーピング後のアップコンバージョンナノ粒子（UCNP）は、イメージング、レーザー材料、ディスプレイ技術、および太陽電池への応用により大きな注目を集めています[1,2,3]。 UCNPの低い蛍光発光効率は、ランタニドイオンの吸収係数が小さいことが原因である可能性があります。高分子および無機基板中の金属ナノ粒子のナノスケール分散は、ナノコンポジット材料の新しい物理的、化学的、および生物学的特性への大きな関心を引き起こしました[4]。電子部品のさらなる小型化の潜在的な用途については、光検出器、化学的および生化学的センサー、およびデバイスは、金属ナノ粒子でエキサイティングな可能性を秘めています。さらに、半導体は、CdSe、CdS、PbS、WO ₃ など、吸収範囲を広げるための増感剤として使用されてきました。 、およびCu ₂ O [5、6]。これらの半導体の中で、Cu ₂ Oは、バンドギャップが約2.1 eVと狭く、毒性がなく、コストが低く、豊富であるが、Cu ₂ のヘテロ構造であるため、興味深い候補です。 O / ZnOは有望な材料構造です。それは、機能的な統合、Cu ₂ の新しいインターフェース効果の特性につながります OおよびZnO材料[7]。一方、UCNPは、半導体量子ドットに比べて優れた特性を示します。たとえば、自家蛍光組織の透過性、近赤外レーザー励起、非点滅、および高い化学的安定性がありません[8]。球状ナノ粒子とナノロッドを用いたランタニドドープ材料の合成は、多くの研究グループによって研究されてきました[9]。 UCNPの酸化の問題は高温で発生するため、アプリケーションが大幅に減少します。酸化を避けるために、コア/シェル構造は酸化を克服しますが、SiO ₂ シェルはナノ結晶の周りに成長します。微細構造光検出器としてのチップへのナノ結晶の統合は困難です。したがって、マイクロチューブ、量子ドットドープナノファイバー、および色素ドープポリマーナノワイヤーは、調査が成功した後、微細構造オプトエレクトロニクス技術に採用されてきました[10]。これに対応して、ナノワイヤー、マイクロチューブ、およびナノファイバーが製造され、さまざまな研究グループによる熱感知挙動を議論するために利用されています[11、12]。

ただし、金属ナノ粒子（MNPs）はUCNPsの効率を高めると考えられています。効率と感度を向上させるために、化学修飾、結晶構造、金属の局所場調整などのさまざまな戦略が提案されています[13]。 Er ³⁺ などの金属ナノ構造の発光増強のための希土類イオンドープ発光材料の調査 / Yb ³⁺ Agナノ粒子とEr ³⁺ を含む共ドープビスマス発芽ガラス / Yb ³⁺ 共ドープされたβ-NaLuF ₄ 金のNP上にスピンコーティングされたナノ結晶は、一貫性のない結果と高感度で報告されています[14]。さらに、凝集誘起発光（AIE）は独特の蛍光現象であり、分散液よりも固体状態で強い蛍光を発する色素はほとんどないことを示唆しています[15、16、17]。 J凝集体の形成、コンフォメーションの平坦化、AIE現象のねじれた分子内電荷移動など、さまざまなメカニズムが以前に研究者によって提案されています[18、19、20、21、22]。さらに、AIE特性を備えた材料は、さまざまな分野の有機発光ダイオード、化学センシング、およびバイオイメージングでの潜在的な用途について、より多くの研究の注目を集めています[23、24、25、26、27]。特に、AIE活性蛍光有機ナノ粒子の調製が最近注目されています。 AIE色素を含むこれらの材料は、生理的溶液中で強い発光を発する可能性があり、典型的な有機色素に基づく蛍光有機ナノ粒子の凝集による消光効果を効果的に克服します[28、29]。 AIE活性蛍光有機ナノ粒子を調製するための多くの戦略が開発されていますが、実験データとの不一致のため、簡単で効果的な多成分反応（MCR）によるAIE活性の調製はほとんど注目されていません[30、31、32、33 、34]。したがって、染料のユニークなAIE特性は、超高輝度発光高分子ナノ粒子の製造に非常に有望であることが示されました[35、36]。

最大の実験的研究では、粉末サンプルを使用してスペクトル測定を実行し、凝集相互反射の影響に関する懸念を高めました。したがって、上記の欠点を克服するための簡単でシンプルな戦略を確立する必要があります。したがって、UCNPおよびPMMA溶液との同時ドーピング後のAgナノ粒子は、発光を増強するためにマイクロファイバーで使用されました。ただし、マイクロファイバーにAgを共ドープしたUCNP（UCNP-MF）に焦点を当てた結果は記載されていません。

ここでは、Ag溶液の有無にかかわらずUCNPs / PMMAからマイクロファイバーを準備するための簡単な方法を提示します。特に、マイクロファイバーの様々な励起点で、Agのフォトルミネッセンス特性とAgを共ドープしたマイクロファイバーの不在を研究しています。さらに、マイクロファイバーのUC発光特性は、温度検出の目的で、さまざまな温度で980nmのダイオードレーザー光源を励起することによって調査されます。統合されたFIRの温度依存性が得られ、実験データは指数関数にうまく適合させることができます。したがって、522および541nmで遷移2H11 / 2→4I15 / 2および4S3 / 2→4I15 / 2レベルを持つ単一のマイクロファイバーを使用して、熱感度を計算します。

実験およびメソッドセクション

資料

銀（Ag）粉末、クロロホルム、シクロヘキサン、NaOH、NH ₄ Fとエタノールは、中国のShanghai ChemicalCompanyから購入しました。これらの化学物質は分析グレードであり、さらに精製することなく使用されました。

四方晶の準備-LiYF ₄ ：Yb ³⁺ / Er ³⁺ ナノ粒子

UCNP（tetrogonal-LiYF ₄ ：Yb ³⁺ / Er ³⁺ ）は熱分解技術を使用して調製されました。 LnCl ₃ を含む希土類イオンを含む100mLの3つ口フラスコを使用しました。 （Ln =Lu、Yb、Er）それぞれ78：22：1のモル比を有する。この溶液には、15 mLの1-オクタデセン（ODE）と6 mLのオレイン酸（OA）が含まれています。混合物を150℃まで加熱して透明な溶液を得、酸素と残留水を除去した後、室温まで冷却した。 NH ₄ の4ミリモル Fと2.5mmolのNaOHを10mLのメタノール溶液が入っているフラスコにゆっくりと加えました。確認するために、フッ化物は30分まで攪拌プロセスによって完全に溶解しました。その後、調製した溶液をアルゴン雰囲気下で50°C /分の速度で300°Cで1時間加熱しました。沈殿物を4000rpmの速度で分離し、室温まで冷却し、エタノールで洗浄し、60℃で12時間乾燥させた。

Ag共ドープファイバの製造

典型的な製造プロセスでは、0.003 gのAg、0.005gのテトロゴノール-LiYF ₄ ：22％Yb ³⁺ / 1％Er ³⁺ 、および0.6gのPMMAを15ml、12 ml、および18 mlのシクロヘキサン（C ₆ H ₁₂ ）およびクロロホルム（CHCl ₃ ）それぞれソリューション。その後、PMMAの混合物をAgおよびUCNP溶液に徐々に分注し、透明な溶液が得られるまで30分間撹拌しました。先端が数ミクロンのファイバープローブは、火炎加熱延伸技術を使用して製造されました。混合溶液をガラス基板上に滴下した後、ファイバープローブを混合溶液に浸し、急速に引き抜いてマイクロファイバーを製造した。次に、図1に示すように、マイクロファイバーを引き出して細かく切断しました。

Agを共ドープしたマイクロファイバーの製造プロセス（ a ）PMMA + NPs + Agソリューションからのマイクロファイバーの引っ張り。 b 加工されたマイクロファイバーを細かく切断する

スペクトル測定

図2は、マイクロファイバーの熱的および光学的特性を研究するための実験装置を示しています。マイクロファイバーは、ガラス基板上に堆積した後、980nmの励起源を使用して照射されました。マイクロファイバーの透過損失を測定するために、×20の対物レンズ（NA =0.4）を使用しました。電荷結合装置（CCD、ACTON）カメラを適用してマイクロファイバーの発光スペクトルを取得し、海洋光学分光計を使用して温度検出測定用のスペクトルを記録しました。さまざまな直径のマイクロファイバーの励起は、微視的な熱特性を研究するために、0.998mWのレーザー出力で980nmのレーザー光源を使用して実証されました。

導波現象の実験的セットアップ

結果と考察

構造と伝送のプロパティ

UCNPの相純度と結晶構造は、X線回折（XRD、Rigaku Miniflex II）技術を適用することによって研究されました。観察されたXRDピークパターン（図3a）は十分に索引付けされており、JCPDSカード＃17-0874と一致しています。図3（b）は、マイクロファイバーの走査型電子顕微鏡（SEM、NOva Nano-SEM 650）画像を示しています。 SEM画像の1つがはっきりと見え（挿入図を参照）、マイクロファイバーの直径が均一で、表面が滑らかであることを示しています。より良い解像度のために、透過型電子顕微鏡法（TEM、Tecnai G2F30）とエネルギー分散型X線分析（EDS、Tecnai G2F30）を使用して、個々のAg共ドープマイクロファイバーを調査しました。図3（c、d）は、それぞれTEM画像とEDS画像を示しています。これは、単一のマイクロファイバーにAgを共ドープしたナノ粒子が均一に分散していることを示す強力な証拠です。

LiYF ₄ の特性評価プロセス ：Yb ³⁺ / Er ³⁺ およびAgを共ドープしたマイクロファイバー。 a LiYF ₄ のXRD ：Yb ³⁺ / Er ³⁺ 。 b Ag共ドープマイクロファイバーのSEM。 c Ag共ドープマイクロファイバーのTEM。 d Ag共ドープマイクロファイバーのEDS

さらに、X線光電子分光法（XPS、Thermofisher Escalab 250Xi）を使用して、LiYF ₄ への希土類イオンとAgイオンの取り込みが成功したかどうかを判断しました。 図4a–fに示すホスト材料。 XPS調査スペクトル（図4a）は、Li、Y、F、Yb、Er、およびAg元素の存在を示しており、55.25 eVのピークをLi1sの結合エネルギーに割り当てることができます（図4b）。 158.08 eVで観測されたピーク（図4c）は、Y3dに割り当てることができます。 684.08 eVのピークは、F1の結合エネルギーに起因します（図4d）。 Yb4dとEr4dのピーク（図4e）は、それぞれ186.08と164.08eVで観察できます。 359.08 eVにあるピークは、Ag3dの結合エネルギーに関連しています。これにより、LiYF ₄ でのAgイオンのトリドーピングが成功したことが確認されます。 ：Yb ³⁺ / Er ³⁺ ナノ粒子[37]。

XPS a 調査、 b Li 1s、 c Y 3d、 d F 1s、 e YbとEr4d、および f LiYF ₄ のAg3dスペクトル ：Yb ³⁺ / Er ³⁺ AgをドープしたNP

図5aは、LiYF ₄ のフーリエ変換赤外光線（FTIR、Nicolet50 NTA449F3）スペクトルを示しています。 ：Yb ³⁺ / Er ³⁺ / 400–4000 cm ^-1 の領域のAgナノ粒子 。研究は、ナノ粒子の純度と性質を確認するために実施されました。 3452 cm ^-1 で観測されたピーク O-Hの伸びと変形が原因である可能性があります。 2925および2848cm ^-1 のバンド 非対称に関連付けられています（u _as ）および対称（u _s ）メチレンの伸縮振動（-CH ₂ ）オレイン酸分子の長いアルキルで、それぞれ。 1566および1469cm ^-1 のバンド 非対称に割り当てることができます（u _as ）および対称（u _s ）それぞれ、カルボキシル基の伸縮振動。スペクトルには、1740 cm ^-1 にピークが含まれています。 C =O伸縮振動による。 1383 cm ^-1 にあるピーク C-H変形振動に対応します。スペクトルには、910および669 cm ^-1 にもピークが含まれています。 これは、非対称の伸縮振動とAg-O変形振動によるものです。これは、FTIRの結果が文献値[38]に準拠していることを意味します。

a LiYF ₄ のFTIRスペクトル ：Er ³⁺ / Yb ³⁺ / Ag。 b TGAスペクトルLiYF ₄ ：Er ³⁺ / Yb ³⁺ / Ag

Agドープマイクロファイバーの形成メカニズムをよりよく理解するために、熱重量分析（TGA、NETZSCH）を293〜393Kの温度の乾燥気流下で実施しました。図5bでは、マイクロファイバーがおよそ2つの劣化ステップを示していることがわかります。 333 K未満の最初の重量減少は、吸収された水分の損失/トラップされた溶媒の蒸発に起因する可能性があります（H ₂ OまたはCHCl ₃ ）これはサンプルの組成に依存しません。グラフでは、2番目の重量損失は333Kから393Kで発生します。これは、ポリマーの分解プロセスを明確に表しています。したがって、Agを共ドープしたマイクロファイバーはポリマーベースのファイバーであり、332Kを超える温度に耐えることができません[4]。

Agドープおよび非ドープマイクロファイバーの個々の光学特性を調査するために、標準の光ファイバーからレーザー光（980 nm）を使用して、軸に沿ったマイクロファイバーに対して斜めの角度でマイクロファイバーを露光しました。図6aは、Agを共ドープしたマイクロファイバー（直径〜6μm）を示しています。これは、980 nmの暗い背景の下で垂直に励起され、Agを共ドープしたナノ粒子が光送信機として機能したために光がファイバー全体に広がったように見えました。逆に、図6dは、Agを共ドープしたマイクロファイバー（直径〜6.5μm）を使用せずに、980nmのレーザー光源を使用して上部の位置で暗い背景の下で励起した様子を示しています。これは、高い自己吸収現象とレイリー散乱現象のために、光がファイバ内を均等に透過できないことを示唆しています。 Agを共ドープしたNPを含むマイクロファイバー（直径〜6μm）は、暗視野下でレーザー光源の同じ励起を有するドープされていないAg（直径〜6.5μm）よりも高い緑色発光を示します。光導波路を有するクラスターのない明るいエンドスポットは、Agを共ドープしたマイクロファイバーが近赤外光を吸収し、エンドポイントに向かって同様に伝導することを意図していることが観察されます。さらに、図6bおよびcは、異なる直径（〜15.55および〜9.15μm）のAg共ドープファイバが5つの異なる位置で励起され、終点に向かって緑色の発光を示したことを示しています。逆に、980 nmのレーザー光源を適用して、図6e–fに示すさまざまな直径（〜11.89および14.57μm）の異なる5つの位置でマイクロファイバー（Ag NPなし）を励起しました。これは、エンドポイントへの緑色発光が少ないことを示しています。エンドスポットに対する励起点のフォトルミネッセンス（PL）強度を実行して、マイクロファイバー（Ag NPありとなし）の導波性能を定量的に詳しく説明しました[39]。アドビフォトショップを使用してスポット画像をRGBからグレースタイルに変換しました。これらのグレー値は、MATLABを使用して評価し、対応する強度を特徴付けました。フォトルミネッセンス強度の終点を励起点に向けて正規化した後、光の伝播距離に依存する減衰曲線が得られました。

マイクロファイバーの直径が異なるフォトルミネッセンス画像。 a – c 暗い背景の下でのAgマイクロファイバーの発光。 d – f 黒の背景の下でAgマイクロファイバーなしで励起

伝送損失は式[40]を使用して測定されました：

ここで、式。 （1）は、励起スポットの距離が増加し、その結果、フォトルミネッセンス強度が指数関数的に減少することを示しています。 Ag NPを使用したファイバーのガイド距離（〜15.55および〜9.15μm）の関数としてのフォトルミネッセンス強度の関係を図7a、bに示します。放出されたスペクトルは、透過損失係数α=108.94 cm ^-1 のレーザー光の透過を指定するマイクロファイバーの軸に沿った5つの位置で収集されました。 および91.05cm ^-1 。逆に、図7c、dは、直径11.89および14.57μmのマイクロファイバー（Ag NPなし）の透過損失係数が約231.72および274.84 cm ^-1 であることを示しています。 、 それぞれ。光がAgを共ドープしたマイクロファイバーを通って導かれるとき、それがファイバーの全長に沿って小さなモード領域を維持することは注目に値します。それはカスケードの光とAgナノ粒子間の強い相互作用を可能にし、Agのないマイクロファイバーと比較して高効率で光の移動をもたらします。 Agを共ドープしたナノ粒子は、導波マイクロファイバーで非常に効率的な光子からプラズモンへの変換を行い、高度に局在化した領域内での光物質相互作用の強化を促進します[41]。これにより、コンパクト性が高く、光消費電力が少なく、サイズが小さいAgベースのフォトニックコンポーネントおよびデバイスを開発する機会が加速します。同時多光子励起は、蛍光光学顕微鏡法に広く適用されており、解像度の向上と標本の自家蛍光の低下、およびイメージング深度の向上を示していることに注意してください。ただし、多光子ラベルの低NIR吸収断面積では、この手法で高ピークパワーの超短パルスレーザーを使用する必要があります。仮想エネルギーレベルの使用を伴う、染料と量子ドットでの同時多光子プロセスとは主に異なり、UCNPでのフォトンアップコンバージョンは、ランタニドドーピングイオンのはしご状のエネルギーレベルの使用による低エネルギー光子の連続吸収に依存します。この量子力学的差異により、UCNPは多光子プロセスよりも数桁効率的になり、低エネルギー放射照度（通常は〜10 ^-1 ）で低コストの連続波レーザーダイオードを使用して励起できます。 W.cm ⁻² [42]。マイクロファイバー（UCNPs / PMMA / Ag）は、良好な透過特性を備えています。したがって、提案されたマイクロファイバー（UCNPs / PMMA / Ag）は、製造が容易で、低コストで、強い可塑性があり、大きなアンチストークスシフトや豊富な発光バンドなどのUCNPの独自の光学特性を備えており、光信号に基づくアプリケーションをさらにサポートします。トランスミッション、センサー、および光学部品。その結果、導波性能の推定結果は、報告された研究とよく一致していることを示しています[43、44]。

a 、 b 異なる励起点の下でAgを共ドープした異なる直径のマイクロファイバーのフォトルミネッセンス（PL）強度とガイド距離の間のフィッティングライン。 c – d 異なる励起点の下でAgを共ドープせずに、フォトルミネッセンス（PL）強度とマイクロファイバーの異なる直径のガイド距離の間のフィッティングライン

エネルギーレベルと熱効果

UCNPのエネルギー準位図を詳しく説明する（Yb ³⁺ / Er ³⁺ ）、522と541の周りの2つの主要な緑色の発光バンドと〜660nmを中心とする赤色の発光バンドが観察されました。これらの観測された輝線は、 ² から発生しています。 H _11/2 → ⁴ I _15/2 、 ⁴ S _3/2 → ⁴ F _9/2 、および ⁴ S _3/2 → ⁴ I _15/2 Er ³⁺ の それぞれイオン。エネルギーレベル ² H _11/2 および ⁴ S _3/2 2光子プロセスによって生成されます。 Yb ³⁺ の人口システムの場合 / Er ³⁺ イオン、Yb ³⁺ イオンはポンピングフォトンによって励起され、Er ³⁺ の連続する3つのレベルに配置されます。 ⁴ として示されるイオン I _11/2 、 ⁴ F _9/2 、および ² H _11/2 レベル。 ² の人口が観察されます H _11/2 与えられたプロセス ⁴ から取得されます I _15/2 → ⁴ I _11/2 （Er ³⁺ ）： ⁴ I _11/2 → ² H _11/2 （Er ³⁺ ）レベル。この現象は、熱的に結合されたレベル間の温度励起によって引き起こされます。したがって、 ² の人口 H _11/2 および ⁴ S _3/2 ボルツマン統計を満たし、 ² の人口率の変動をもたらします H _11/2 → ⁴ I _15/2 および ⁴ S _3/2 → ⁴ I _15/2 レベル[45]。 Er ³⁺ でのアップコンバージョンプロセスのメカニズム / Yb ³⁺ 図8に示します。

LiYF ₄ のエネルギー準位図 ：Yb ³⁺ / Er ³⁺

ファイバーにAgを共ドープしたUCNPは、980nmのレーザー光源でスペクトルを示しました。アップコンバージョン（UC）発光は、温度検知アプリケーションに適しています。したがって、図1および2。図9aおよび10aは、ファイバーレーザー励起源下で400〜750 nmの範囲のAgおよびAg共ドープNPなしの発光スペクトルを示し、スペクトルは温度領域（303〜348 K）で平均5°Cの増分で収集されました。 。興味深いことに、温度を上げることにより、発光強度が大幅に減少したため、熱の影響を避けるために0.998 mWのレーザー出力を使用し、温度に依存する動作を明確に示しています。 UCNPs-MFを348〜303 Kの温度領域で加熱している間、すべてのフォトルミネッセンスは元の位置に復元されましたが、温度を上げると強度が大幅に低下しました。したがって、強度のこの有意な減少は、いくつかのマルチフォノン緩和速度に対応する様々な相対強度の多様なマルチフォノン緩和速度へのエスカレーションに起因する。同じ実験条件下でマイクロファイバーにAgを導入することにより、発光強度が大幅に増加します。通常、熱エネルギーは、照射点の温度を非常に正確に推定するために、温度センサーを適用して温度を測定する照射領域の近くのレーザー光によって生成されます。蛍光強度比技術は、温度推定に広く使用されている用途の広い技術です。温度変動時にAgとAgを共ドープしたファイバなしについて説明しました。 ² の人口 H _11/2 および ⁴ S _3/2 ボルツマン分布に従い、 ² の人口率が変動しました。 H _11/2 → ⁴ I _15/2 および ⁴ S _3/2 → ⁴ I _15/2 。温度検知は、 ² 間の強度比を使用して計算できます。 H _11/2 → ⁴ I _15/2 および ⁴ S _3/2 → ⁴ I _15/2 トランジション。蛍光強度比（FIR）法は、次の式から表すことができます[46]：

a 980nm励起源下でのAg共ドープマイクロファイバーの3Dアップコンバージョン発光スペクトル。 b 蛍光強度比と温度の間の適合曲線。 c 感度間の適合データ（K ^-1 ）およびAgを共ドープしたマイクロファイバーの温度（K）

a 980nm励起源下でのAgなしの3Dアップコンバージョン発光スペクトル。 b Agなしの蛍光強度比と温度の間の適合曲線。 c 感度間の適合データ（K ^-1 ）およびAgなしの温度（K）

ここで、私 _522nm および私 _541nm 相対強度、 C は比例定数、ΔEは522〜540 nmのエネルギーギャップ、Tは絶対温度、 k ボルツマン定数です。また、図９ｂおよび１０ｂは、温度によるＦＩＲの変化を示している。式（2）観測された実験データは、良好な線形フィッティング関係を持っていると判断されました。 AgドープマイクロファイバーなしのAgおよびなしの熱感知メカニズムである別の重要なパラメータを調査することは価値があります。したがって、感度（ S ）次のように書くことができます[47]：

ここで、 S _a は、Agを共ドープしたマイクロファイバーを使用しない場合のAgの絶対感度です。曲線は図1および2に示されています。 9cおよび10c、ただしデジタル値（FIR、ΔE 、および k ）Agの場合とAgなしの場合は、図1および2に示されている近似曲線によって得られます。 9bおよび10b。 LiYF ₄ の最大センサー感度 ：Yb ³⁺ / Er ³⁺ およびLiYF ₄ ：Yb ³⁺ / Er ³⁺ / Agは0.0065および0.0095K ^°1 であることが実証されました それぞれ303Kで。さまざまなホスト材料での光温度センサーの感度を表1に示します。他の感度は、Ag UCNPがない場合と比較して高い値を示しますが、LiYF ₄ ：Yb ³⁺ / Er ³⁺ / Agはホスト材料よりも優れています。

これは、表1に示すように、他のホスト材料の中で最も高い感度に関連している可能性があります。さらに、LiYF ₄ の感度が観察されました。 ：Yb ³⁺ / Er ³⁺ / 303KでのAgもLiYF ₄ よりも高い ：Yb ³⁺ / Er ³⁺ マイクロファイバー中のAgナノ粒子の非常に効率的な光子からプラズモンへの変換に現れました。 Agを共ドープしたマイクロファイバーは、光センシングに高い安定性のドーパントを提供する光退色に対して本質的に耐性があります。これは、重要な検知特性によるAg共ドープファイバが温度認識に適していることを示唆しています。その結果、マイクロファイバーでのAgナノ粒子の利用は、発光を増加させ、熱感知特性を調整するのに有益であり、有望な高感度温度センサーを示唆しています。

結論

要約すると、tetrogonal-LiYF ₄ ：Yb ³⁺ / Er ³⁺ 熱分解法によって調製され、PMMA溶液にAgおよびUCNPを共ドープした後に繊維が製造されました。 UCNPへのAgの取り込みの成功は、SEM、TEM、EDS、XPS、FTIR、およびTGA分析によってサポートされました。導波励起アプローチを備えたAg共ドープポリマーマイクロファイバーを調査し、熱センサーでの使用の可能性を実証しました。 Agマイクロファイバーの強度依存温度感度（0.0095 K ^°1 ）はドープされていないAgよりも高い（0.0065 K ^°1 ）303 Kでは、Agドープマイクロファイバーの提案は、室温での強度ベースの温度感度を向上させるための潜在的な候補であり、低光パワーのコンパクトなフォトニックおよびプラズモニックデバイスを開発するための新しい機会を開きます。特定の特性を備えたマイクロファイバーの新たに採用された方法の開発では、アップコンバージョンの強化の大幅な改善が可能であり、より効率的なアップコンバーターにつながり、それによってこれらの材料の多くの技術的応用が可能になります。

データと資料の可用性

すべてのデータは制限なしで完全に利用可能です。

変更履歴

略語

JCPDS：

粉末回折標準に関する合同委員会

CCD：

電荷結合デバイス

UCNPs-MF：

アップコンバージョンナノ粒子マイクロファイバー

UC：

アップコンバージョン

PL：

フォトルミネッセンス

Ln ³⁺ ：

三価ランタニドイオン

LiYF ₄ ：Er ³⁺ / Yb ³⁺ ：

1％Er ³⁺ / 22％Yb ³⁺

LiYF ₄ ：Er ³⁺ / Yb ³⁺ / Ag：

1％Er ³⁺ / 22％Yb ³⁺ /0.003g

RE：

希土類イオン

XRD：

X線回折

TEM：

透過型電子顕微鏡

SEM：

走査型電子顕微鏡

EDS：

エネルギー分散型X線分光法

XPS：

X線光電子分光法

FTIR：

フーリエ変換赤外光線

TGA：

熱重量分析

FIR：

蛍光強度比

△E：

エネルギー差

SA：

絶対感度