[发明专利]钆离子掺杂氟化镥钠上转换纳/微米晶制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及发光材料领域，特别涉及具有红光增强效应的钆离子掺杂氟化镥钠上转换纳/微米晶制备方法。

背景技术

稀土掺杂上转换发光是一种将低能量光子转换成高能量光子的过程。稀土掺杂上转换发光材料由于具有低毒性、光稳定性和色纯度高，在激光、显示、光伏、生物探测等领域有重要的潜在应用。由于红光波段（600-700 nm）能够很好地渗透生物组织，因此，该波段被称为“生物光学窗口”。然而，目前上转换发光材料的量子产率较为低下，很大程度上制约了其实际应用。目前已有几种方法可用于提高荧光材料的上转换发光强度，例如把材料做成核壳结构、控制颗粒的晶相和尺寸以及掺杂贵金属离子。但是，这些方法对于提高荧光材料的上转换效率有限。因此，如何有效地提高上转换材料的发光效率，特别是红光波段（600-700 nm）的发光效率，成为了一项重大的挑战。目前，NaYF₄是公认的具有高效上转换发光性能的基质材料。而近年来，NaLuF₄被证明是一种高效的上转换基质，受到了人们的广泛关注。Er离子和Tm离子具有明显的红光发射峰，是优异的上转换激活剂。稀土掺杂荧光材料的发光效率很大程度上依赖于材料内部的晶体场对称性，对称性越低，其发光效率越高。因此，通过降低荧光材料内部的晶体场对称性，可以很大限度地提高其上转换发光效率。Gd的离子半径比Lu大，当Gd离子掺杂到NaLuF₄晶体中时，会导致基质晶格的膨胀，即降低了稀土激活离子周围晶体场的对称性，从而很大限度地提高NaLuF₄荧光材料的上转换发光效率。然而，目前通过Gd离子掺杂NaLuF₄上转换纳/微米晶来专门提高其红光发光效率的研究还未见有报道。因此，制备出具有红光增强效应的Gd离子掺杂NaLuF₄上转换纳/微米晶，对于稀土掺杂上转换荧光材料在生物、光伏、显示和红外探测等领域的实际应用具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提出具有红光增强效应的钆离子掺杂氟化镥钠上转换纳/微米晶制备方法，为设计和开发更多的具有红光增强效应的稀土上转换发光材料提供一种思路。

为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种具有红光增强效应的钆离子掺杂氟化镥钠上转换纳/微米晶制备方法，包括以下步骤：

1）将柠檬酸溶液与去离子水混合，磁力搅拌后，依次加入硝酸镥、硝酸镱、硝酸铒、硝酸铥、硝酸钆溶液，搅拌均匀后，添加氟化钠溶液，并加入相应的去离子水，经过充分搅拌后形成白色浑浊液；

2）将浑浊液转移到带有衬套的不锈钢反应釜里进行水热反应；

3）将反应完的浑浊液依次进行离心、洗涤、烘干后，得到最终产物，即具有红光增强效应的钆离子掺杂氟化镥钠上转换纳/微米晶。

本发明采用稀硝酸作为稀土氧化物的溶剂，柠檬酸作为螯合剂，通过水热反应制备具有红光增强效应的钆离子掺杂NaLuF₄上转换纳/微米晶。所得材料分散性较好，上转换红光强度大幅增强，在生物、光伏、显示和红外探测等领域具有广阔的应用前景，且制备方法所要求设备简单，易于操作，容易推广，适合大规模生产。

进一步的，所述步骤1）中硝酸镥、硝酸镱、硝酸钆、硝酸铒和硝酸铥分别是用氧化镥、氧化镱、氧化钆、氧化铒和氧化铥溶于溶度为30%的稀硝酸中，制成的摩尔浓度为1M，0.5M，1M，0.1M和0.1M的硝酸盐溶液。

进一步的，所述步骤1)中柠檬酸溶液是用柠檬酸粉末溶于去离子水并制成摩尔浓度为2M的溶液。

进一步的，所述步骤1)中氟化钠溶液是将氟化钠粉末溶于去离子水制成摩尔浓度为1M的溶液。

进一步的，所述步骤2) 的反应釜为不锈钢反应釜，在其中进行水热反应得到的浑浊液是母液澄清，底部有白色沉淀物的液体。

进一步的，所述步骤3）中离心速率是10000转/分，离心时间是10分钟，离心次数是两次，洗涤时分别用去离子水和酒精，最后在60℃环境下烘12小时。