journal article·2024-08Open access

Synthesis and Emission Dynamics of Sub‐3 nm Upconversion Nanoparticles

Baptiste Amouroux, Ali Eftekhari, Clément Roux, Jean‐Claude Micheau, Pierre Roblin, Mathieu Pasturel, Fabienne Gauffre, Christian Würth, Ute Resch‐Genger, Michel Sliwa, Aude Bouchet, Christophe Coudret

Advanced Optical Materials· Volume 12· Issue 24

Abstract

Abstract Reducing the size of upconversion nanoparticles (UCNPs) down to a few nm yields luminescent materials containing a very small number of emitters. Considering the bottom limit of one activator per particle ultrasmall UCNPs offer an unprecedented platform to study the contributions of the different energy transfers at play in upconversion luminescence. Maintaining detectable emission despite the limited number of emitting ions and the high surface‐to‐volume ratio requires suitable particle architectures. Na(Gd‐Yb)F 4 :Tm 3+ emissive sub‐3 nm diameter β‐phase UCNPs are prepared using a gadolinium‐rich composition in situ mixing of the precursors and a microwave high‐temperature cycling sequence allowing precise control of the particle size and dispersity. These cores are coated with a NaGdF 4 inert shell to minimize the deleterious influence of surface quenching (SQ). Time‐resolved luminescence measurements combining standard NIR excitation of the Yb 3+ sensitizer and direct UV excitation of the Tm 3+ activator are performed to quantify cross relaxation and surface quenching processes. The fine tuning of the number of activators per particle via an optimized synthesis pathway along with the use of an appropriate excitation scheme enabled to provide an accurate analysis of the different mechanisms at play in these model nanoparticles and to characterize the structure of the core‐shell architecture.
Source: crossref · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: Luminescence Properties of Advanced Materials · Nuclear materials and radiation effects · Radiation Detection and Scintillator Technologies

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

SOFTMAT Université de Toulouse CNRS UMR 5623 Université Paul Sabatier 118 route de Narbonne Cedex 9 Toulouse 31062 France

Laboratory for Vascular Translational Science LVTS INSERM UMR 1148 Université Sorbonne Paris Nord Université Paris Cité Bobigny F93017 France

Univ. Lille CNRS UMR 8516 LASIRE Laboratoire de Spectroscopie pour les Interactions la Réactivité et l'Environnement Lille F59 000 France

Faculty of Engineering & Natural Sciences Tampere University P.O. Box 541 Tampere 33101 Finland

Laboratoire de Génie Chimique Fédération Fermat INPT CNRS Université de Toulouse Toulouse 31062 France

Univ Rennes CNRS ISCR‐UMR6226 Rennes F‐35000 France

Bundesanstalt für Materialforschung und‐prüfung (BAM) Department 1 Division Biophotonics Richard Willstätter Straße 11 12489 Berlin Germany

LOB, CNRS, INSERM, École Polytechnique Institut Polytechnique de Paris Palaiseau 91120 France

Funding

Agence Nationale de la Recherche · Région Hauts-de-France · German Academic Exchange Service · Centre National de la Recherche Scientifique

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