[发明专利]一种上转换发光材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种上转换发光材料及其制备方法，属于发光材料技术领域。

背景技术

光频上转换是物理学中十分重要的方法，基于上转换原理的材料和器件在激光、通信、能源、医疗、军事、航空航天和人们日常生活中都有着十分重要的应用前景。上转换技术应该在许多领域得到非常广泛的应用，但目前，由于生产技术方面的限制，很多产品达不到上转换发光所需的要求。

最近几年研究的上转换材料繁多，其形状相态也是多种多样。例如玻璃、陶瓷、单晶和多晶粉末等，其化合组成为氧化物、氟化物、硫化物、硫氧化物和卤氧化物等。而稀土硫氧化物相对氟化物具有更低的声子能（200-300cm^-1），物理化学性质稳定，激发强度要求相对较低。

目前荧光粉制备比较成熟的生产方法有高温固相法和沉淀法，但高温固相法和沉淀法都还存在各自的缺点。高温固相法反应时间长，需要的温度高，晶粒粗，过程不易控制；沉淀法结晶较差，导致发光效率较差。因此进一步完善生产方法能提高稀土发光材料的发光效率。该发明提出在真空条件下，通过控制真空度、温度、保温时间等研究其条件下晶体生长机制及杂质相的形成，硫的挥发情况等。真空条件下合成能很快的达到所需温度，制备颗粒尺寸较小，有利于该种发光材料的实际应用。

本发明在制备稀土硫氧化物（Gd₂O₂S)单一基质基础上，设计一种对于太阳光有更宽的吸收带的材料来协助稀土离子转光，利用这种材料吸收不能被利用的宽带范围内的光，然后将能量传递给稀土离子，稀土离子再将光转换成能被利用的光，从而使铒离子在该基质材料中实现宽带转光与协同发光。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种上转换发光材料及其制备方法。本发明制备得到的上转换发光材料具有约100纳米至约10微米的粒径，并在近紫外光激发下，实现不同颜色的发光，与其他材料相比，其晶体结构与发光性能更优，量子效率高，更适于实际的应用，本发明通过以下技术方案实现。

一种上转换发光材料，该材料通式为Gd_2-y-zO_3-xS_x：Er_y³⁺,M_zⁿ⁺，其中0≤x≤1，0.01≤y≤0.2，0.01≤z≤0.12，Mⁿ⁺为Tm³⁺和/或Tb³⁺稀土离子，或者Li⁺。

一种上转换发光材料的制备方法，其具体步骤如下：

（1）首先将Gd₂O₃和Er₂O₃按照材料的化学计量比混合均匀得到混合料，然后加入硝酸溶液中混合，在温度为90～120℃下搅拌至溶液澄清，然后加入LiOH沉淀剂直至pH为12、密封保温2h，最后清洗后制备得到沉淀物；

（2）将步骤（1）制备得到的沉淀物烘干、研磨后按照计量比加入单质硫以及助溶剂NaCO₃，在真空度为0.1～10Pa、温度为700～1100℃条件下保温2～5h制备得到Gd_2-y-zO_3-xS_x：Er_y³⁺,M_zⁿ⁺发光材料，其中0≤x≤1，0.01≤y≤0.2，0.01≤z≤0.12，Mⁿ⁺为Li⁺。

所述步骤（1）中硝酸溶液的浓度为0.8～1.8mol/l。

所述步骤（2）中助溶剂NaCO₃的加入量为沉淀物质量的20～50%。

一种上转换发光材料的制备方法，其具体步骤如下：

（1）首先将Gd₂O₃和Er₂O₃按照材料的化学计量比混合均匀得到混合料，加入硝酸溶液中混合，在温度为90～120℃下搅拌至溶液澄清，然后加入沉淀剂直至pH为12、密封保温2h，最后清洗后制备得到沉淀物；