[发明专利]高发光强度上转换荧光纳米晶氧化物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种上转换材料及其制备方法。

背景技术

稀土离子的上转换发光是吸收两个或多个低能光子，发射一个高能光子的现象。上转换发光利用了稀土离子的4f-4f跃迁，根据跃迁选择定则，这种同宇称之间的电偶极跃迁原本属于禁戒的，实际上可观察到这种跃迁，这主要是由于4f组态与宇称相反的组态g或d发生混合，或对称性偏离反应中心，使原是禁戒的f-f跃迁变为允许的。在上转换基质材料中，氧化物基质化学稳定性好，机械强度大，在研制紧凑型短波长激光器、荧光标记材料、显示材料、防伪标记材料、红外探测器等方面，都具有巨大的应用前景。但氧化物基质的声子能量较大，致使其上转换发光效率很低，这极大地限制了它的应用。因此，提高稀土离子的上转换发光效率具有重要意义。

目前，主要从选用声子能量低的基质材料、添加敏化离子、寻找最佳的离子掺杂浓度等发明来增加稀土离子的上转换发光效率，虽然这些方法虽然在一定程度上增加了上转换发光效率，但上转换发光效率仍较低。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有稀土上转换材料的上转换发光效率低的问题，而提供一种高发光强度上转换荧光纳米晶氧化物及其制备方法。本发明通过掺杂Li⁺离子来增强三价稀土离子掺杂氧化物的上转换发光效率。

本发明的高发光强度上转换荧光纳米晶氧化物的通式为M:RE³⁺，Li⁺。其中M为Y₂O₃、Gd₂O₃、ZnO、ZrO₂或SiO₂，RE为稀土元素，M中的金属元素与RE的摩尔比为1∶0.005～0.3，M中的金属元素与锂元素的摩尔比为1∶0.005～0.3。RE稀土元素为Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er或Tm元素。

本发明上述制备高发光强度上转换荧光纳米晶氧化物的方法为湿化学方法。所述的湿化学方法是溶胶凝胶法、燃烧法、水热法或溶剂热法。

原理：根据量子力学，稀土离子的上转换发光和激活离子周围的对称性有关，增大激活离子周围的非对称性，能增强上转换的发光效率。因此本发明通过掺杂Li⁺来降低激活离子周围的对称性，来增强稀土离子的上转换发光效率。

本发明高发光强度上转换荧光纳米晶氧化物的上转换发光效率最大增加80倍。本发明将极大推动上转换荧光纳米晶在生物体荧光标记领域的应用，并且对研制上转换紫外激光器和光纤放大器有重要意义。本发明的方法工艺简单，便于操作。

附图说明

图1是970nm红外二极管激光激发下Gd₂O₃:Er³⁺1％和Gd₂O₃:Er³⁺1％，Li⁺5％纳米晶的上转换光谱图，图中1表示Gd₂O₃:Er³⁺1％，Li⁺5％纳米晶的上转换光谱曲线，2表示Gd₂O₃:Er³⁺1％纳米晶的上转换光谱曲线。图2是970nm红外二极管激光激发下ZnO:Er³⁺1％和ZnO:Er³⁺1％，Li⁺5％纳米晶的上转换光谱图，图中3表示ZnO:Er³⁺1％，Li⁺5％纳米晶的上转换光谱曲线，4表示ZnO:Er³⁺1％纳米晶的上转换光谱曲线。图3是970nm红外二极管激光激发下Y₂O₃:Er³⁺1％和Y₂O₃:Er³⁺1％，Li⁺5％纳米晶的上转换光谱图，图中5表示Y₂O₃:Er³⁺1％，Li⁺5％纳米晶的上转换光谱曲线，6表示Y₂O₃:Er³⁺1％纳米晶的上转换光谱曲线。

具体实施方式