[发明专利]铒离子掺杂二氧化锡纳米晶近红外发光材料及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及纳米荧光材料，尤其是涉及一种铒离子掺杂二氧化锡纳米晶近红外发光材料。

背景技术

通过将铒离子(Er³⁺)掺杂到半导体纳米材料中有可能实现半导体的带隙光吸收对Er³⁺离子特征发光的敏化作用，从而克服直接激发Er³⁺离子效率较低的问题。其中最为引人关注的是对Er³⁺离子的1.5μm近红外发光的敏化，因为该波长正好对应石英光纤的最低损耗传输窗口，这使得Er³⁺离子掺杂的半导体纳米材料在光通信领域有着广阔的应用前景。二氧化锡(SnO₂)是一种宽禁带半导体，具有许多优异的物理化学性能，是一种良好的发光基质。但由于Er³⁺离子和Sn⁴⁺离子性质相差较大(半径不同，电荷不同)，Er³⁺离子很难进入SnO₂晶格之中，因而SnO₂纳米晶基质敏化的Er³⁺离子近红外发光一直未见报道。本发明的目的在于采用溶剂热方法实现Er³⁺离子在SnO₂纳米晶中的体相掺杂和SnO₂基质到Er³⁺离子的能量传递，从而得到Er³⁺离子的1.55μm室温近红外强发光。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铒离子掺杂二氧化锡纳米晶近红外发光材料及其制备方法。

本发明提出通过SnO₂纳米晶基质敏化作用实现Er³⁺离子高效近红外发光。

本发明制备的纳米晶的组分为：xEr³⁺-(1-x)SnO₂(其中x＝0.001-2mol％)。

本发明采用如下制备工艺：室温下，将结晶四氯化锡(SnCl₄·5H₂O)和三氯化铒(ErCl₃·6H₂O)加入到乙二醇(C₂H₆O₂)中，搅拌均匀后得到透明溶液，将此溶液转移到高压釜中，在低于220℃下加热，使其充分沉淀。

X射线粉末衍射(XRD)实验表明制备出来的SnO₂:Er³⁺纳米晶是纯的金红石结构。扫描电镜和透射电镜表明得到的纳米晶尺寸分布为30-70nm，并且倾向于聚集。通过选择在SnO₂的带隙进行激发，能得到强的、尖锐的Er³⁺离子的特征近红外1.55μm发光，表明此发明得到的SnO₂:Er³⁺纳米材料是一种优良的近红外纳米荧光材料。

本发明材料制备工艺简单、成本低，可以进行批量生产。本发明与目前国内外制备的SnO₂:Er³⁺纳米晶相比，Er³⁺离子可以有效地掺杂到SnO₂纳米晶晶格中并取代Sn⁴⁺离子的位置，而且实现了从SnO₂到Er³⁺离子的高效能量传递，是一种优良的新型近红外发光材料。

附图说明

图1：900℃煅烧1小时后的SnO₂:Er³⁺(0.043mol％)纳米晶的X射线粉末衍射(XRD)图，插图中是其透射电镜(TEM)图；

图2：900℃煅烧1小时后的SnO₂:Er³⁺(0.043mol％)纳米晶的常温激发和发射谱，监测和激发波长分别为1551.4nm和310nm。

具体实施方式