[发明专利]一种基于Sm2+离子的上转换发光复合材料

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Sm²⁺离子的上转换发光复合材料。

背景技术

上转换发光材料的特点是所吸收的光子能量低于发射的光子能量，这种现象违背Stokes定律，因此又被称为反Stokes发光。Bloembergen等人在1959年便开展了基于两步吸收机制的红外探测研究。随后，Auzel在Yb³⁺/Er³⁺共掺杂材料中首次观测到上转换发光现象。自从Johnson和Guggenheim于1971年通过氙灯激发77K下Yb³⁺/Er³⁺和Yb³⁺/Ho³⁺共掺杂BaY₂F₈晶体，首次报道了上转换受激发射。随着研究的深入，上转换发光材料显示出了更为广泛的应用前景。近年来，稀土发光材料以其优异的发光性能已广泛应用于信息显示、人类医疗、保健、照明光源、高能粒子探测和记录、光电子通信、农业、军事等研究领域。

上转换材料主要是由作为基质的化合物材料和掺入微量的稀土离子(激活剂和敏化剂)所组成。利用稀土离子亚稳态能级，通过多光子加和后，上转换材料可以将多个低能量的长波光子转化为短波的高能光子。Yb³⁺离子在近红外区域有相对较大的吸收截面，因此在上转换激发过程中常被作为敏化剂为激活离子提供能量。

截止目前为止，关于变价镧系离子Sm²⁺发光的研究报道均来自下转换过程，还没有关于Sm²⁺离子的上转换发光的研究报道。

Sm²⁺离子发射主要集中于625-750nm的红光区域。它所发射的谱线对应从激发态5DI(I＝0,1)能级到基态7FJ(J＝0,1,2)能级的跃迁发射。第一激发态5D0 与基态7FJ之间的能量差大于一个Yb³⁺离子跃迁能量，同时二者之间的能量差远大于一个近红外光子的能量，因此单独的一个处于激发态的Yb³⁺不能直接敏化 Sm²⁺离子。想要实现Sm²⁺离子在近红外激发下的上转换发光，需要通过Yb³⁺离子对敏化Sm²⁺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峰值位于631 nm、644nm、665nm、689nm、704nm和729nm的Sm²⁺上转换红光材料。

本发明的原理是：在980nm近红外光的激发下，材料中的Yb³⁺离子首先吸收980nm的近红外光子，两个处于激发态的Yb³⁺离子同时将能量传递给一个Sm²⁺离子，受到激发的Sm²⁺离子发生跃迁，从而实现材料中Sm²⁺离子在红色区域的上转换发光。与其它三价镧系离子Er³⁺、Tm³⁺、Ho³⁺等相比，Sm²⁺离子属于变价镧系离子，其荧光发射仍然来自4f能级之间的跃迁。因此，本发明提供的基于Sm²⁺离子上转换发光材料具有独特的光谱学性质。

本发明所述材料由BaFCl_xBr_1-x:0.1mol％～2mol％Sm²⁺与CaF₂:0.5mol％～2mol％Yb³⁺复合组成。按质量百分比计算，两种材料质量比为30％～80％。本发明的优势在于，材料中只有Yb³⁺和Sm²⁺之间存在能量传递，降低了稀土离子之间的交叉弛豫现象。同时材料中的物理过程相对简单，利用Yb³⁺离子对980nm近红外光有较大吸收和两个Yb³⁺离子的共同敏化作用，产生Sm²⁺离子在光谱红色区域的上转换发光。

本发明所采用的材料制备工艺简单，其特征在于：