[发明专利]一种纳米晶增强图形化发光复合膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光电子信息技术领域，具体涉及光学基片上纳米晶体增强图形化发光玻璃薄膜材料及其制备技术。

背景技术

发光玻璃薄膜材料是通过在结构稳定、光学性能优良的光学玻璃薄膜基体中引入稀土、半导体、金属离子及其纳米晶体等各类发光物质，从而获得各种独特的发光性能。相比于一些有机发光材料，发光玻璃薄膜材料具有化学及热稳定性好、使用寿命长等特点，在信息显示、存储、传输、处理等领域得到大量应用。发光玻璃薄膜材料要求玻璃基质应具有结构稳定性好、易于发光物质引入、光学透过窗口符合要求等特点，目前常见的玻璃薄膜基质材料包括硅酸盐、硼酸盐、磷酸盐、碲酸盐等，其中碲酸盐系统玻璃材料具有红外透过性能优良、声子能较低等优点，具有广泛的应用前景。在发光玻璃薄膜材料中，起发光作用的主要是一些具有光致发光、电致发光、阴极射线发光等效应的稀土、半导体、金属离子及其纳米晶体等发光物质。目前常见的稀土发光物质包括钇、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、钬、铥、镱、镥、铈等离子或其纳米晶体。半导体材料也是一类常见的发光物质，其种类包括砷化镓、磷化镓、磷化铟、硫化镉、硒化镉、硫硒化镉、碲化镉、氯化银、氧化锌等物质。此外，金、银、铜、钛、铬、钒、锰、钼等过渡金属离子及其纳米晶体在玻璃基体中也存在独特的发光性能。常见的玻璃薄膜制备方法包括溶胶-凝胶法、喷雾热解法、物理溅射法、化学气相沉积法、脉冲激光沉积法等。目前，提高发光玻璃薄膜材料的荧光发光效率以及对不同种类发光材料进行功能化集成设计已经成为新型发光材料及发光器件研究与开发中的一项重要任务。

利用表面等离子体共振增强效应可以有效提高发光材料的荧光效率。在发光物质周围引入一些银、金、铜等金属纳米晶体，当金属纳米晶体与荧光物质之间距离很近时，金属纳米晶粒内部的自由电子在一定频率的外界电磁场作用下规则运动而产生的表面等离子共振可极大增强纳米晶粒周围的电磁场；这种表面局域电磁场增强使靠近晶粒表面的发光物质活化、激发效率提高，从而大大增强荧光发射强度。DE102004037882即报道了利用含金属纳米晶体膜层的玻璃基片进行DNA分子的荧光增强分析。不过，只有当存在于玻璃薄膜内的金属纳米晶体表面等离子共振吸收峰位与周围发光物质的激发光波长相匹配的时候，才能产生强烈的荧光增强效应。

具有实用功能的发光器件开发，往往需要将不同种类的发光材料进行功能化集成设计。微纳图形的制备是缩小光信息器件尺寸、提高器件性能的重要步骤。目前现有的图形化信息器件制备技术主要包括光刻、离子束刻蚀、纳米压印等方法。CN1035102、CN1593936、KR20040106999、JP2006038999、US2008138460等专利文件分别报道了采用激光划线技术、激光图案压印、热压印技术、紫外蚀刻等技术在各种基片上制备薄膜图形和纳米图形。这些制备技术一般仅用于各种微纳几何图形的制备，而较难实现荧光图形的输出。中国发明专利CN101261443A报道了一种玻璃或单晶基片中纳米晶体图形电场诱导热转印的制备技术，利用这种技术可以将银、金、铜等金属纳米晶体按需图形化引入玻璃基体中以形成金属纳米晶体图形。如果将这种金属纳米晶体图形制备技术与金属纳米晶体荧光增强效应结合起来，在含有发光物质的玻璃薄膜中引入银、金、铜等金属纳米晶体图形，利用图形化分布金属纳米晶体对周围发光物质进行荧光增强，进而开发一种金属纳米晶体增强的发光玻璃复合薄膜制备技术，可以简化光信息器件的制备工艺，同时获得优异的荧光图形输出功能，对于推动纳米材料及纳米光信息器件的制造及实际应用具有重要意义。

发明内容

表面增强荧光效应是一种分布于银、金、铜等纳米晶粒附近荧光物质的荧光发射强度大大提高的现象。纳米晶体增强图形化发光技术的实现，首先要求银、金、铜等金属纳米晶体能按需在含发光物质光学玻璃薄膜基体内实现图形化分布；同时只有当引入金属纳米晶体的表面等离子共振吸收峰位与周围发光物质的激发光波长相匹配时，才能在所需局域对发光物质产生明显的荧光增强，进而产生图形化发光。为此，本发明的目的在于提出一种基于纳米晶体图形化热转印技术的图形化发光玻璃复合膜制备技术，利用直流电场诱导热转印技术向含发光物质玻璃薄膜内转印金属纳米晶体图形，同时通过玻璃薄膜基质的组成设计调节金属纳米晶体体的表面等离子共振吸收峰位并使之与相应发光物质的激发光波长相匹配，进而实现纳米晶体增强的荧光图形输出；通过具有多种发射波长的图形化发光玻璃膜的叠层设计，实现多种荧光图形的同时输出。