[发明专利]一种铕离子掺杂氟化钆钠光学晶体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及特种氟化物单晶体，具体涉及一种铕离子掺杂氟化钆钠光学晶体及其制备方法。

背景技术

Eu³⁺掺杂的固体材料其发光带由于Eu³⁺离子的⁵D₀→⁷F_J(J＝0，1，2，3，4，5，6)的能级跃迁可产生560～700nm波段的红色发光，它们在高密度光存储、上转换发光、电致发光、显示器、生物荧光标记与三基色发光等领域具有广阔的应用。

氟化物如LiYF₄，NaGdF₄作为基质材料具有较低声子能量(300～500cm^-1)，可以有效抑制Eu³⁺的无辐射过程，大幅度提高Eu³⁺的发光效率，掺杂于该类氟化物中的稀土离子具有吸收峰宽、荧光寿命长。作为Eu³⁺离子的上叙氟化物基质材料，目前主要是粉体纳米材料形式，由于纳米材料对光产生严重的散射，从而限制其实际应用与开发。如中国专利名称为铕离子掺杂四氟化钆钠发光纳米棒及其制备方法，公开号为CN102286287A的发明专利，通过水热法合成Eu³⁺掺杂NaGdF₄纳米棒红色发光材料。

而单晶体对光的透过性高，同时由于晶体的周期性刚性对称结构，掺杂晶体格位中的Eu³⁺离子具有较高的发光效率。另外，该类氟化物单晶体作为基质还具有物化性能稳定和光学性能良好以及对稀土离子溶解性高的兼容特点。

但是当Eu³⁺离子掺入到LiYF₄单晶体时，由于Eu³⁺离子与LiYF₄晶体中被取代的Y³⁺格位离子半径的不匹配性，导致生长的晶体有较大的应力，掺杂浓度较低；离子半径的不匹配性导致Eu³⁺离子在晶体中产生严重的分凝现象，使得Eu³⁺离子在晶体中的分布很不均匀，影响晶体的利用率与质量；另外LiYF₄等氟化物晶体在高温生长过程中会挥发产生具有很强腐蚀性的氟化物气体，它将对设备造成损耗，严重的可能对人体造成危害，特别是由于气体的挥发，造成原配方组分的缺少，影响晶体的质量。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种在晶体生长过程中氟化物原料挥发少，Eu³⁺离子在晶体中分布均匀，获得的晶体具有优秀的机械性能、热学性能、物化性能、光学透过性能与抗光辐照性能，以及较强的560～700nm红光发射强度和较高Eu³⁺浓度掺杂的NaGdF₄激光晶体。

本发明还提供了该Eu³⁺掺杂氟化钆钠单晶体的坩锅下降法制备方法，该制备方法工艺简单，便于大规模工业化生产。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种铕离子掺杂氟化钆钠光学晶体，单晶体的化学式为NaGd_(1-α)Eu_αF₄。其中0.004≤α≤0.150。

Eu³⁺掺杂NaGdF₄单晶体，在～396nm光激发下，产生～591，621，650，705nm波段的红色荧光发射，在所有荧光发射中591nm波段的荧光最强。

该Eu³⁺掺杂NaGdF₄单晶体的制备方法，其步骤如下：

1、生长原料的制备与高温氟化处理

将纯度大于99.99％的NaF、GdF₃与EuF₃按摩尔百分比56.0∶43.59～28.85∶0.41～15.15混合，置于碾磨器中，碾磨混合5～6h，得到均匀粉末的混合料；

将上述混合料置于铂金坩锅中，铂金坩锅安装于管式电阻炉的铂金管道中，然后用N₂气排除铂金管道中的空气，在温度720～750℃，通HF气下，反应处理1～5小时，反应处理结束，关闭HF气体与管式电阻炉，用N₂气清洗管道中残留的HF气体，得到多晶粉料。

2、晶体生长