[发明专利]一种铌酸钾钠基氧化物上转换发光材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种红外光激发的新型钙钛矿结构的氧化物上转换发光材料及制备方法，属于光电功能材料领域。

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发光材料，即能将长波长的红外光转换成短波长的可见光的材料，这种发光现象违背了Stokes定律，所以也称为反Stokes定律发光材料。上转换发光材料在激光防伪、红外探测、三维立体显示、信息处理、短波长全固态激光器、光学温度传感器、太阳能电池、生物标记和医学诊断等领域均有广泛的应用前景。

上转换发光在有机材料、半导体材料和稀土掺杂的无机材料中均已被观测到。其中，有机材料的稳定性较差，限制了其应用领域，稀土掺杂的无机材料比较稳定，可以应用于许多领域，因而其上转换发光过程研究的较为广泛。上转换发光材料由基质和激活剂两部分组成，稀土掺杂的无机上转换发光材料中的激活剂是指掺杂的稀土元素；基质是指无机材料，主要包括氟化物、卤化物、硫化物和氧化物等体系。氟化物基质材料具有很多优点：从紫外到红外都是透明的；稀土离子能够很容易地掺杂到氟化物基体中；声子能量较低（＜500cm^-1），很适合作为上转换发光材料的基质。目前研究比较成熟的氟化物材料有：LaF₃，BaY₂F₈，ZBLAN和YLiF₄等。虽然氟化物材料的上转换效率高，但其制备复杂、成本高、难于集成、环境条件要求严格，给研究及实际应用带来了诸多困难。卤化物具有较低的振动能，可以降低多声子弛豫过程，增强交叉弛豫过程，从而可以提高上转换发光效率，然而，大部分卤化物体系易吸潮，导致其研究进展缓慢。硫化物具有较低的声子能量，但其制备条件苛刻，必须在密封条件下进行，不能有氧和水进入，因此，影响了其研究进展。氧化物具有较高的声子能量，然而，与上述三种基质材料相比，其制备工艺简单、环境条件要求低、稳定性好，近年来得到了广泛的关注。因此，寻找既具有氟化物那样高的上转换发光效率，又兼有类似氧化物结构稳定性的新基质材料，成为目前国内外研究学者们关注的热点研究。

近年来，研究较多的且具有实用价值的氧化物基质材料主要有：（1）TiO₂，TiO₂是非稀土氧化物基质，它具有很好的热稳定性和化学稳定性、能够抵御各种酸碱的服饰带隙宽、折射系数高、声子能量低、在可见区透光性好等特点，可以作为上转换的基质材料，如Journal of Non-Crystalline Solids,1996,202(1-2):16-22和Journal of Luminescence，2007，127(2):371-376文献报道；（2）Y₂O₃，Y₂O₃具有良好的物理化学性质，如熔点高、热膨胀率低、带隙大、化学和光稳定性好、折射率高、从紫外到近红外区均有相当高的透明度，导热率高等，是极好的激光基质材料，如《以氧化钇为基质的纳米级上转换发光材料及其制备方法》，中国专利CN1687306所述；（3）Gd₂O₃，Gd₂O₃的结构与Y₂O₃相似，具有优异的物理化学稳定性，低的声子频率，非常容易掺入稀土离子，有利于得到强的上转换发光强度。如郭海，《稀土离子掺杂的纳米氧化物上转换发光与稀土氧化物功能薄膜研究》中国科学技术大学博士论文，2005。