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Inorganic nanocrystals with linear and nonlinear luminescence in the ultraviolet, visible, near infrared and shortwave infrared like semiconductor quantum dots and spectrally shifting lanthanide-based nanophosphors have meanwhile found applications in the life and material sciences ranging from optical reporters for bioimaging and sensing over security barcodes to solid state lighting and photovoltaics. These nanomaterials commonly have increasingly sophisticated core/shell particle architectures with shells of different chemical composition and thickness to minimize radiationless deactivation at the particle surface that is usually the main energy loss mechanism [1]. For lanthanide-based spectral shifters, particularly for very small nanoparticles, also surface coatings are needed which protect near-surface lanthanide ions from luminescence quenching by high energy vibrators like O-H groups and prevent the disintegration of these nanoparticles under high dilution conditions. [2,3,4]. The identification of optimum particle structures requires quantitative spectroscopic studies focusing on the key performance parameter photoluminescence quantum yield [5,6], ideally flanked by single particle studies to assess spectroscopic inhomogeneities on a particle-to-particle level for typical preparation methods [7], Moreover, in the case of upconversion nanoparticles with a multi-photonic and hence, excitation power density (P)-dependent luminescence, quantitative luminescence studies over a broad P range are required to identify particle architectures that are best suited for applications in fluorescence assays up to fluorescence microscopy. Here, we present methods to quantify the photoluminescence of these different types of emitters in the vis/NIR/SWIR and as function of Pand demonstrate the importance of such measurements for a profound mechanistic understanding of the nonradiative deactivation pathways in semiconductor and upconversion nanocrystals of different size and particle architecture in different environments.
Eine modifizierte Syntheseroute auf der Basis wasserfreier Seltenerdacetate wurde zur Synthese aufwärtskonvertierender Kern/Schale‐Nanokristalle mit mittleren Größen zwischen 15 bis 45 nm eingesetzt. Die nahezu monodispersen Partikel bestehen aus einem NaYF4:Yb,Er‐Kern, dotiert mit 18 % Yb3+ und 2 % Er3+, und einer inerten Schale aus NaYF4, wobei die Dicke der Schale dem jeweiligen Radius des Kernpartikels entspricht. Absolutmessungen der Photolumineszenz‐Quantenausbeuten bei verschiedenen Anregungsleistungsdichten zeigen, dass die Quantenausbeuten von 45 nm Kern/Schale‐Partikeln schon fast an die Quantenausbeute des mikrokristallinen aufwärtskonvertierenden Leuchtstoffs heranreichen. Kleinere Kern/Schale‐Partikel, die nach der gleichen Methode hergestellt wurden, zeigen nur eine moderate Abnahme der Quantenausbeute. Beispielsweise ist die Quantenausbeute von 15 nm großen Kern/Schale‐Partikeln bei hohen Leistungsdichten (100 W cm−2) nur um einen Faktor drei kleiner als die des mikrokristallinen Leuchtstoffpulvers und um ungefähr einen Faktor 10 kleiner bei niedrigen Leistungsdichten (1 W cm−2).