[发明专利]一种Er3+/Yb3+双掺杂NaYF4上转换发光单晶体及其生长方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于上转换发光的单晶体，具体涉及铽镱稀土离子双掺杂氟化钇钠单晶体的生长方法。

背景技术

上转换发光就是一种把长波长入射光转换成短波长光输出的过程，即发光材料受到光激发时可以发射出比激发波长短的荧光，其本质是一种反斯托克斯(Anti-Stokes)发光。这种材料具有可见光区发光、无散射以及信噪比高等优点。上转换发光与传统的发光相比具有以下特点：1)可有效降低光致电离作用所引起的基质材料的衰退；2)不需要严格的相位匹配，对激发波长的稳定性要求不高；3)上转换发光的输出波长具有一定的可调谐性。到目前为止，已发现很多稀土离子掺杂的无机材料都具有上转换发光性能。优质的基质应具备以下几种性质：在于特定波长范围内有较好的透光性，有较低的声子能和较高的光致损伤阈值。此外，为实现高浓度掺杂基质与掺杂离子应有较好的晶格匹配性。综上考虑，稀土金属、碱土金属和部分过渡金属离子的无机化合物可以作为较理想的稀土离子掺杂基质。其中NaYF₄由于声子能量低(300～400cm^-1)、能级寿命长、稀土离子掺杂浓度高等特性，是目前上转换发光效率最高的基质材料(贺芸芬，李志国，朱基千，掺稀土氟化物玻璃上转换发光材料发展概况，硅酸盐通报，2004年，3期，85-90页)，比如NaYF₄:Er，Yb，即镱铒双掺时，由于Er³⁺的⁴I_11/2能级以及Yb³⁺的²F_5/2能级与波长为980nm的光非常匹配，因此通过Yb³⁺强吸收的～980nm光子，转移给Er³⁺离子，获得高效的转换效率，Er做激活剂，Yb作为敏化剂。上转换发光材料在红外光激发发出可见光的红外探测、生物标识、三维平板显示器、长余辉发光的警示标识、激光器、近红外成像、防火通道指示牌或者室内墙壁涂装充当夜灯等方面得到实践应用。

现阶段Er³⁺/Yb³⁺双掺杂NaYF₄的上转换材料主要有多晶荧光粉体，由于荧光粉体对光产生很强的散射作用，因此激发光与上转换荧光与粉体作用后产生极低的透过率，这成为制约其大规模实际应用的最大瓶颈。单晶材料由于高的透明性以及活性离子在晶格位中强的发光效率，是理想的上转换发光材料。到目前为止还没有有关Er³⁺/Yb³⁺双掺杂NaYF₄单晶体的生长方法报道与相关专利申请。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能把红外光(950～990nm波段)高效率转换成可见光的Er³⁺/Yb³⁺稀土离子双掺杂氟化钇钠单晶体及其生长方法，该生长方法设备简单，生产成本较低、操作方便、生长效率高，便于大规模工业化生产；得到的Er³⁺/Yb³⁺双掺杂单晶体具有优秀的抗光辐照性能、机械性能、热学性能、物化性能及高的光学透过性能。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种Er³⁺/Yb³⁺双掺杂NaYF₄上转换发光单晶体，该单晶体的化学式为NaY_(1-α-β)Er_αYb_βF₄，其中α与β分别为Er与Yb置换Y的摩尔比，0.0050≤α≤0.040，0.01≤β≤0.15。该氟化物在950～980nm红外光的激发下，高效发射出550、541、669nm等蓝色与橙色的光，其中550nm波段的发光最强。

该Er³⁺/Yb³⁺掺杂NaYF₄单晶体的生长方法，其步骤如下：

1、生长原料的制备与高温氟化处理

将NaF、YF₃、ErF₃、YbF₃按摩尔百分比55.0～60.0∶21.72～43.56∶0.47～3.77∶0.97～14.51混合，置于碾磨器中，碾磨混合5～6h，得到均匀粉末的混合料；