[发明专利]一种掺铒氧化钆黄绿光发光薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种掺铒氧化钆黄绿光发光薄膜及其制备方法。

背景技术

稀土元素由于具有优良的荧光和激光特性，以及在彩色玻璃和陶瓷的釉料方面的应用潜能，得到了许多科研工作的格外关注。因为稀土元素含量有限，为了使稀土元素的性能得到更好的应用，最近一二十年开始出现了有关稀土离子掺杂的纳米发光材料的研究报道[周建国，李振泉，赵凤英，夏树屏，高世扬，纳米Y₂O₃:Eu³⁺发光材料的研究综述，化工进展，6(2003)：573-577]。

以Er³⁺作为激活离子的激光材料，可以通过⁴I_13/2-⁴I_15/2能级跃迁产生1.54um激光，这种波长的激光对人眼是安全的。但是由于Er³⁺对激光二极管(laserdiode，LD)泵浦和灯泵浦的吸收较弱，导致了很高的激光闽值。[韩秀梅，王国富双掺Er³⁺，Yb³⁺离子KY(WO₄)₂晶体的光谱性质。中国稀土学报，20-6(2002)：584-586]。使Er³⁺在激光医疗、激光测距、激光通信等领域有着广泛的应用。

掺铒氧化钆中Er³⁺可以很容易取代Gd³⁺而成为激光晶体[Aka G.，Salin F.，Pelenc D.，Linear and Nonlinear Optical Properties of A New Gadolinium CalciumOxoborate Crystal Ga₄GdO(BO₃)₃，J.Opt.Soc.Am.B.，1997，(14)：2238]。Er³⁺离子的能级丰富，发射波长从可见到近红外共有9个跃迁通道。其中1.53μm和2.94μm两个波段的激光发射分别对应⁴I_13/2-⁴I_15/2和⁴I_11/2-⁴I_13/2能级之间的跃迁。1.53μm激光对人眼安全，人体细胞组织对2.94μm激光强烈吸收。因此在通讯和医疗等领域应用前景广阔。

电化学镀膜方法制备掺杂铒的氧化钆薄膜是一种全新的制备方法，并能制备出性能优良的薄膜。通过反应参数的调节，可以在衬底材料上均匀生长氧化钆和氧化铒共沉积薄膜，既可以减少反应用料，又省去后续的涂敷工艺，大大降低生产成本。另外，电化学方法成膜均匀，沉积厚度可控，设备与操作简单、反应条件温和、环境污染小，是一种全新的、洁净、温和、环境友好的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种掺铒氧化钆黄绿光发光薄膜及其制备方法，以可溶性钆盐和铒盐溶液为原料，通过电化学方法在导电石墨电极上沉积掺铒氧化钆薄膜，经高温退火得到掺铒氧化钆黄绿光发光薄膜。

本发明采用的技术方案步骤如下：

一、一种掺铒氧化钆黄绿光发光薄膜：

在导电石墨电极一个面上沉积有一层氧化钆和氧化铒黄绿光发光薄膜。

所述的发光薄膜(1)的化学式为Gd₂O₃:Er³⁺，该薄膜材料在540～620纳米处存在宽带黄绿光发射光谱。

二、一种掺铒氧化钆黄绿光发光薄膜的制备方法，该方法的步骤如下：

1)分别将可溶性钆盐和铒盐，溶于去离子水中，搅拌，均配成摩尔浓度0.05～0.2mol/L的钆盐溶液和铒盐溶液；

2)取上述钆盐和铒盐溶液组成混合均匀的溶液，通过恒温水浴控制溶液温度在50℃～70℃；

3)利用由工作电极、对电极和参比电极组成的三电极电化学池进行导电衬底上的薄膜沉积，将三电极插入钆盐和铒盐溶液组成的混合溶液中，调节工作电极与SCE饱和甘汞参比电极间的电压在-0.9V～-1.4V之间，沉积时间控制在15分钟～60分钟；

4)将沉积好的薄膜，用去离子水清洗，并干燥，随后，将薄膜在400℃～700℃氮气气氛保护下退火烧结30分钟～120分钟。

所述的三电极电化学池中，工作电极为导电石墨电极，对电极为铂金电极、金电极或者石墨电极，参比电极为SCE饱和甘汞参比电极。