在省优秀青年基金项目（批准号：2019FI001）的支持下，昆明理工大学“光电功能材料”团队徐旭辉教授在上转换纳米晶表面缺陷钝化研究方面取得重要进展，利用激光辐照实现表面原子重构，使其发光效率提高两个数量级，最终实现上转换单颗粒成像。该成果发表在材料学综合性期刊《Advanced Functional Materials》（中科院一区Top期刊，影响因子为15.621），题为“Atomic-level Passivation of Individual Up-conversion Nanocrystal for Single Particle Microscopic Imaging”的研究论文。昆明理工大学徐旭辉教授、邱建备教授和华南师范大学詹求强教授为论文共同通讯作者，硕士研究生闵秋红为论文的第一作者，昆明理工大学为第一作者和第一通讯作者单位，论文实验工作均由昆明理工大学和华南师范大学研究团队共同完成。
稀土掺杂上转换纳米颗粒能够将不可见的近红外光转变为可见光，其发光具有谱线尖锐、多色可调、高光稳定性等优点，广泛应用于三维显示器、传感、防伪技术及生物医学等领域。由于单个上转换纳米颗粒的大部分原子多与表面缺陷相结合，这将造成严重的表面淬灭效应，大大降低了颗粒的发光强度。那么，究竟如何在保留上转换纳米颗粒原有物理性能（形貌、尺寸）的基础上，实现单纳米颗粒的最优发光，目前尚处于不断探索阶段。
他们通过利用声子-电子耦合作用将近红外激发能转化为热能的能力，构建了一种具有选择性原子加热作用的激光退火技术，实现了一系列具有不同发光中心的LuF3: Yb, X (X=Er, Tm, Ho)上转换纳米颗粒的单颗粒表面原子级钝化和高效上转换发光。结合高分辨HAADF-STEM图像分析发现，该激光退火技术可实现对上转换纳米颗粒表面非晶层的局部加热，使其表面发生原子级钝化，且不影响其原始形貌、尺寸和分散性（图1）。
图1 激光退火工艺及表面钝化过程
此外，激光退火纳米颗粒中Er3+离子的荧光发射强度急剧增加，其中红光的增强倍数高达484倍。因此，高效的上转换发光保证了单个激光退火纳米颗粒在共聚焦荧光显微镜下具有较高信噪比（图2），为单个上转换纳米颗粒的发光检测及其生物医学应用提供了一定的实验基础和理论支持。
图2 激光处理前后单个上转换纳米颗粒的显微荧光
徐旭辉教授团队长期从事稀土掺杂发光材料的研究，本论文是该课题组在Adv Mater、ACS Nano、Mater Today Nano等杂志发表上转换光学性能论文后的又一重要进展。该项成果得到了云南省优秀青年基金、国家自然科学基金、云南省万人计划青年拔尖人才计划等项目资助。
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