[发明专利]一种稀土掺杂玻璃频率转换发光材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明提供一种稀土掺杂玻璃频率转换发光材料及制备方法，属于频率转换发光材料技术领域。

背景技术

稀土掺杂频率转换发光技术在固态激光、数据存储、通用照明、三维立体显示、显微成像、传感技术、太阳能电池、防伪技术和军事对抗等领域具有巨大的潜在应用价值。玻璃在作为基质材料方面具有以下优势：稀土在玻璃中的可掺入浓度较高，稀土离子的能级分裂和荧光发射存在非均匀加宽现象；基质组成调节和泵浦光源选择范围宽；制备工艺成熟，成本低等。因此，以玻璃为基质的稀土掺杂频率转换发光材料很好地满足了目前对低价格、高效率、优性能、波长位于红外-可见光范围的激光光源等应用上的需求。

但是，以玻璃为基质的稀土掺杂频率转换发光材料在实际应用方面仍面临大量难题，如：频率转换发光效率不高--主要受基质玻璃和稀土离子自身因素（如声子能量、振子强度、折射率和吸收截面积等）造成的入射光吸收率低、多声子弛豫速率高和声子能量大等因素的影响；传统制备工艺下频率转变效率难提高--主要原因在于稀土离子能级特征、掺杂浓度和玻璃基质结构特性等因素对稀土离子能级间交叉弛豫速率有很大影响，使得发光稀土离子在传统熔融工艺制得基质玻璃中的有效掺杂浓度很难有大的提高。上述因素已经严重制约了该类频率转换材料的应用范围和前景。

近年来，通过热处理前驱体玻璃，制备包含氟化物微晶的透明玻璃陶瓷，利用氟化物晶体所具备的低声子能量特性来提高稀土离子的发光效率，已成为一种改善稀土掺杂玻璃发光性能的有效手段。另外，由于金、银和铜等金属纳米颗粒具有独特的表面效应，目前人们已开始将此类金属纳米颗粒表面等离子共振效应和材料发光特性相结合开展研究。关于半导体发光材料与金属的结合使得发光强度提高的研究已经初显成效。因此，将银纳米颗粒与包含氟化物微晶的频率转换玻璃材料相结合，通过银纳米颗粒的局部场增强效应和氟化物微晶的低声子能量特性，可为制备高效的稀土掺杂玻璃频率转换发光材料提供新的思路和途径。

发明内容

本发明的目的是提供一种稀土掺杂玻璃频率转换发光材料，该稀土掺杂玻璃频率转换发光材料由以下原料制得，各原料及摩尔百分比为：A_yO_x 30～65 mol%，ZF_x 10～45 mol %，R_yO_x 0～40 mol%，Ln_yD_x 0.01～10 mol%；

其中，x取值为1、2、3或5，y取值为1或2，A代表Ge、Te、Si、P元素中的一种，A_yO_X为Ge、Te、Si、P元素的氧化中的一种或多种氧化物按任意比例混合后的混合物；Z代表Pb、Y、La、Ca、Sr、Ba、Gd、Al、Zn、Cd、K、Na元素中的一种，ZF_x为Pb、Y、La、Ca、Sr、Ba、Gd、Al、Zn、Cd、K、Na元素的氟化物中的一种或多种氟化物按任意比例混合后的混合物；R代表Pb、Y、La、Ca、Sr、Ba、Nb、Ga、Al、Gd、Zn、Ti、Sb、K、Na元素中的一种，R_yO_x为Pb、Y、La、Ca、Sr、Ba、Nb、Ga、Al、Gd、Zn、Ti、Sb、K、Na元素的氧化物中的一种或多种氧化物按任意比例混合后的混合物；Ln代表Yb、Er、Tm、Ho、Tb、Nd、Pr、Dy、Eu、Ce稀土元素中的一种；D代表O、F元素中的一种，Ln_yD_x为Yb、Er、Tm、Ho、Tb、Nd、Pr、Dy、Eu、Ce元素的氧化物、氟化物中的一种或多种氧化物、氟化物按任意比例混合后的混合物。

本发明的另一目的在于提供上述稀土掺杂玻璃频率转换发光材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）将原料充分混合，然后在900～1400 ℃下熔制20～60 min得到玻璃熔液，然后将玻璃熔液快速浇铸到已经预热到200～350 ℃的不锈钢模板上，成型后在低于玻璃熔液的玻璃转变温度20～50 ℃下保温0.5～5 h，然后以5～10 ℃/min的速度将温度冷却至室温，得到含稀土离子玻璃，并将所制得的玻璃进行切、磨和抛光处理；

（2）将步骤（1）所制得的含稀土离子玻璃在析晶温度以下50℃至析晶温度以上20℃的条件下热处理1~36 h，自然冷却至室温，即得到透明微晶玻璃；