[发明专利]一种基于Pb2+离子的紫外上转换发光材料

说明书

技术领域

本发明属于上转换发光材料技术领域，具体涉及一种基于Pb²⁺离子的紫外上转换发光材料。

背景技术

上转换发光是从上世纪60年代发展起来的发光学技术。自上世纪80年代以来，由于红外大功率二极管激光器的出现和稀土掺杂重金属氟化物玻璃的成功制备，人们已经实现了包含红绿蓝可见光波长的上转换激光输出。随着纳米材料制备技术的发展，上转换荧光标记受到了极大的重视。虽然上转换技术起源于红外光探测的研究，近年来它在固态激光器、三维立体显示、红外量子计数器、荧光探针成像、防伪、温度传感器等领域有巨大的应用潜力。尤其是近红外光激发下的紫外上转换发光在生物医学、光催化等领域有着诱人的应用前景。

上转换材料主要是掺稀土元素的固体化合物，利用亚稳态能级，稀土离子可以吸收多个低能量的长波光子，经多光子加和后发出短波的高能光子。在稀土离子中，Yb³⁺离子有着相对较大的吸收截面，常常被用作敏化剂在上转换激发过程中为激活剂离子提供能量。

截至目前为止，虽然人们已经研究了IV族Pb²⁺离子荧光材料在紫外和可见光区的下转换发光和应用，但还没有相关Pb²⁺离子的上转换发光研究报道。

Pb²⁺离子的吸收和发光都可以发生在紫外区，它的基态是6s²电子组态，第一激发态是6s¹6p¹。6s²组态的谱项是¹S₀，具有偶宇称；第一激发态6s¹6p¹具有奇宇称，谱项为¹P₁、³P₀、³P₁和³P₂。Pb²⁺离子吸收紫外光被激发后，产生6s²→6s¹6p¹跃迁。第一激发态与基态之间的能量差比一个Yb³⁺离子的跃迁能量或两个Yb³⁺离子的跃迁能量之和还要大，因此单个或两个处于激发态的Yb³⁺离子都不能直接敏化Pb²⁺离子。如果要实现Pb²⁺离子近红外光激发下的上转换发光，只有通过三光子过程来实现，但三光子吸收过程的发生几率非常小，截止目前也未见有人报道。虽然2-Yb³⁺离子对不能直接敏化Pb²⁺离子，但是三个或四个Yb³⁺离子的合作能量传递却有可能通过共同敏化来激发一个Pb²⁺离子。

发明内容

本发明的目的是提供一种在～980nm近红外光激发下可以发射～382nm宽带紫外上转换发光的材料。

本发明与现有技术相比，在980nm光的激发下，通过镧系三个Yb³⁺离子的共同敏化，材料中的Pb²⁺离子产生了峰值为～382nm宽带紫外上转换发光。这里采用的激活剂离子是Pb²⁺离子，而不是镧系离子。与Er³⁺、Tm³⁺、Ho³⁺等镧系离子相比，Pb²⁺离子不仅具有很宽的光谱发射峰，而且其发射峰只有一个。因此，本发明提供的紫外上转换发光材料具有独特的光谱学性质。

本发明的优势在于，材料采用双掺的方案，使得材料中的物理过程相对简单；利用Yb³⁺离子对980nm光的较大吸收和三个Yb³⁺离子的共同敏化作用，产生了Pb²⁺离子的紫外上转换发光；Pb²⁺离子的紫外上转换发光具有较宽的光谱带，而且不会在其它波段处产生发光；是一种具有独特性质的紫外上转换光源材料。

本发明所获得材料在382nm附近的紫外发光峰宽大幅度增加，材料制备工艺简单，其特征在于：