[发明专利]铋层状类钙钛矿结构的氧化物上转换发光压电材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一类红外光激发的铋层状类钙钛矿结构的氧化物上转换发光压电材料及其制备方法，属于光电多功能材料领域。

背景技术

上转换发光材料是一种在红外激光激发下能够发射出可见光的材料，在防伪、红外探测、三维立体显示、短波长全固态激光器、生物标记、太阳能电池等领域均有广泛的应用前景。目前，商用的上转换发光材料主要是氟化物，它虽然具有较低的声子能量，较高的上转换发光几率，但是制备工艺复杂，且氟化物具有毒性，热稳定性和化学稳定性较差。和氟化物相比，氧化物的声子能量高，难以获得高的上转换发光效率，但是它具有更简单的制备工艺，更好的热稳定性和化学稳定性，更能满足实际应用。为了获得具有较高的热稳定性能与发光效率的氧化物上转换发光材料是实现其相关应用的关键技术之一。因此，研究和开发氧化物上转换发光材料具有重要的应用意义。近来，已有钙钛矿结构的氧化物掺杂Er或共掺Yb和Er元素上转换发光材料的报道，如具有钙钛矿结构氧化物为基质的上转换发光材料有：

(1)CaTiO₃：Journal of Luminescence，2008，128：797-799；

(2)SrTiO₃：Journal of Alloys and Compounds，2006，415：280-283；

(3)BaTiO₃：Optics Express，2011，19(3)：1824-1829；

(4)PbTiO₃：Journal of Fluorescence，2009，19：511-516；

(5)Na_0.5Bi_0.5TiO₃：Journal of the American Ceramic Society，2007，90(2)：664-666；

(6)NaNbO₃：Journal of Alloys and Compounds，2005，391：302-306；

(7)KNbO₃：Thin Solid Films，2009，517：4138-4142；

但是，以上这类钙钛矿结构氧化物作为基质的上转换材料，发光效率低，在一定程度上限制了其应用。铋基氧化物作为一种新型的上转换基质体系，具有良好的化学稳定性和热稳定性，重金属铋基氧化物比常规氧化物有更低的声子能量，从而具有更高的发射效率。然而当前，铋基氧化物作为基质的上转换材料主要是玻璃形态，如掺杂稀土镓-锗-铋-铅玻璃，参看中国发明专利题为“掺杂稀土的镓锗铋铅发光玻璃材料及其制备方法和应用”(公开号：CN1807310A)。和玻璃相比，陶瓷材料具有优良的力学性能和机械性能，陶瓷氧化物上转换材料具有更广的应用。

目前，有关铋层状类钙钛结构氧化物的上转换发光材料报道并不多见，其中中国发明专利题为“一种稀土掺杂钛酸铋上转换发光铁电薄膜及其制备方法”(公开号CN101717201A)报道了Bi₄Ti₃O₁₂薄膜上转换材料；中国发明专利题为“稀土掺杂钛酸铋上转换发光纳米晶材料”(公开号CN101724397A)报道了Bi₄Ti₃O₁₂纳米晶上转换材料。以上的两篇专利中所涉及的Bi₄Ti₃O₁₂薄膜或纳米粉体都是采用溶胶凝胶方法制备，过程较为复杂，成本较高，且产量较低。迄今为止，其它铋层状类钙钛矿结构氧化物压电材料的上转换发光特性并未报道。作为一类压电和铁电材料，在改善其压电和铁电特性过程中发现，这类铋层状氧化物晶格中的钙钛矿层(A_m-1B_mO_3m+1)^2-的A位对许多掺杂离子具有很大的相容性，而这种相容并不改变基质材料晶格的整体结构。这种相容性为采用稀土掺杂这类铋层状氧化物，设计其上转换发光特性，并在一定程度上保留或改善原有的压电和铁电性能，为开发其多功能化应用提供了可行性。

发明内容

本发明的目的是提供一种红外光激发的铋层状类钙钛矿结构氧化物上转换发光压电材料及固相反应制备方法，以克服现有技术的不足。