[发明专利]一种含介质层的包含金属纳米粒子的发光材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明公开一种含介质层的包含金属纳米粒子的发光材料及制备方法，属于发光材料领域。

背景技术

稀土发光材料由于具有发光特性优异、稳定性好、发光效率高以及在电子束激发下无气体放出等优点而被广泛应用于场发射显示器和白光LED中，目前已应用的稀土发光材料主要以硫化物、氮化物、氧化物或氮氧化物等荧光粉为主，但均存在不足，如硫化物荧光粉容易在电子束激发下分解，产生硫化物气体，降低自身的发光效率，氮化物和氮氧化物荧光粉的制备条件苛刻。因此，研发无污染、易制备、稳定性好和发光效率高的稀土氧化物荧光粉具有更大的应用前景。

作为氧化物体系中的碱土硅酸盐发光材料的稳定性能好，但发光效率不够高，如中国发明专利申请号为201310342404.4的《一种碱土硅酸盐发光材料及其制备方法》，公开了一种碱土硅酸盐发光材料及其制备方法，所述材料的化学通式为：M₂Ln_2(1-x)Si₂O₉:xRE，yA；其中，M为Mg、Ca、Sr及Ba中的至少一种；Ln为Y、Sc、La及Lu中的至少一种；A为金属纳米粒子Ag、Au、Pt、Pd或Cu中至少一种；RE为Eu、Gd、Tb、Tm、Sm、Ce及Dy中的至少一种；x的取值为0<x≤0.8；y的取值为0<y≤0.005，材料保温煅烧温度为800～1850℃，保温煅烧时间为1～10h。但该发明存在如下不足：发光材料M₂Ln_(2-x)Si₂O₉:RE与金属纳米粒子A之间没有缓冲介质层，不利于表面等离子体效应的形成，材料发光效率不高，而且该发明没有尝试将Si元素替换为同主族其它金属元素，从而无法得知其它同族元素材料的性能及发光效率。

表面等离子体是一种沿金属与介质界面传播的波，其形成的电磁场，能够限制光波在亚波长尺寸结构中传播并产生和操控从光频到微波波段的电磁辐射，增大发光材料的光学态密度和增强其自发辐射速率。从作用的机理上考虑，当表面等离子波与发光中心的波长相匹配时，表面等离子波的能量就可以转化为和发光中心一样波长的光，从宏观的角度看，提高了发光的强度。如果波长与发光中心的波长不相匹配，将会降低发光强度。研究表明，利用金属与介质表面形成的表面等离子体共振耦合效应，可大大提高发光材料的内量子效率，从而提高发光材料的发光强度。但目前还未有关于等离子体共振耦合效应与发光材料M₂LnSi₂O₉:RE完美结合的报道。

发明内容

本发明的目的之一，是提供一种含介质层的包含金属纳米粒子的发光材料，即通过介质层的作用来提高发光强度。本发明首先在金属与介质层的接触面上形成表面离子体效应，然后与发光材料完美共振耦合来提高发光材料的发光强度。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种含介质层的包含金属纳米粒子的发光材料，化学通式为M₂Ln_2(1-x)D₂O₉:xRE:D_σO_2σ:yA，其中，M为碱土金属Mg、Ca、Sr、Ba中的一种或多种，Ln为Y、Sc、La、Lu中的一种或多种，D为Ge、Sn、Si中的一种或两种，RE为Eu、Gd、Tb、Tm、Sm、Ce、Dy中的一种，O为氧元素，A为金属纳米粒子Ag、Au、Pt、Pd、Cu中的一种，D_σO_2σ为介质层，0<x≤0.8，0<y≤0.005，0<σ≤0.2。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述介质层D_σO_2σ的厚度通过σ的取值进行控制。

进一步，所述σ的取值为10^-5≤σ≤0.05。

σ在该范围内取值，所制备的材料的发光性能优异。

本发明通过调整介质层的种类和厚度，通过调整稀土金属RE与金属纳米粒子A之间的介质层的厚度和种类来提高金属表面等离子体的强度和作用范围，从而提高发光材料的发光效率。

本发明的目的之二，是提供一种含介质层的包含金属纳米粒子的发光材料的制备方法。本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种含介质层的包含金属纳米粒子的发光材料的制备方法，包括如下步骤：