[发明专利]一种钛铝酸盐基上转换发光材料、制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种钛铝酸盐基上转换发光材料、制备方法及应用，属无机发光材料技术领域。化学式为：Ba_4(1‑x‑y)Er_xYb_yTi₁₀Al₂O₂₇，其中x为Er³⁺掺杂的化学计量分数，y为镱离子Yb³⁺掺杂的化学计量分数，0.001≤x+y≤0.2，可采用简单的高温固相法和溶胶凝胶法制备得到。本发明在976纳米红外激光激发下，在550纳米和660纳米波长附近出现黄绿色发光峰，基质结构稳定，掺杂稀土浓度高，有利于增强发光效率和实现高功率下的激发，上转换效率高；制得的上转换发光材料粒径尺寸均匀，具有创新性且重复性较好，可广泛应用于红外辐射探测、光纤通讯技术、纤维放大器、三维立体显示、生物分子荧光标识等领域。本发明制备方法简单，成本低且原料供应不受限制，易于操作和工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种上转换发光材料、制备方法及应用，特别是一种钛铝酸盐基上转换发光材料、制备方法及应用，属于无机发光材料技术领域。

背景技术

斯托克斯定律认为材料只能受到高能量的光激发，发出低能量的光，但是后来人们发现，其实有些材料可以实现与上述定律正好相反的发光效果，称为反斯托克斯发光，又称上转换发光(Up-Conversion)，它是一类重要的稀土发光材料，其辐射的能量大于吸收的能量，其发光原理为光源照射到材料表面时，粒子会吸收两个或者两个以上的低能激发光子，电子从基态跃迁到高能态，然后向外辐射出高能光子，其辐射出的高能光子频率大于吸收光的频率。上转换发光材料可以有效降低光致电离作用引起基质材料衰退，不需要严格的相位配对，而且输出波长具有一定的可调谐性，被认为是生产固态激光、发光二极管和荧光标记等最理想的材料。

上转换发光材料主要是以掺杂稀土元素的来实现其发光。由于稀土外壳层电子对4f电子的屏蔽作用，导致具有亚稳态的稀土元素的发光主要是基于4f电子间的跃迁，把人眼不可见的红外光转换成人们可以观察到的可见光。人们依据上转换的这一特点，将其应用到红外探测器上，有效的提高了灵敏度。此外，上转换发光材料还广泛应用于激光技术、光纤通讯技术、光信息存储以及纤维放大器等领域，在日常生活以及军事项目上有着较大的应用潜力。

目前，上转换发光材料主要集中在稀土掺杂氟化物、硫化物、卤化物等体系，可以实现红、绿、蓝以及白光的发射，但在实际应用中，由于这些基质材料的稳定性不够、制备工艺复杂，给上转换发光材料的使用和推广应用带来较大的影响。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的意义在于提供一种晶格和性质稳定、能够实现近红外激发的上转换黄绿色发光的荧光材料；本发明的另一目的在于提供上述荧光材料的制备方法，保证操作简单、成本低且可重复性好，本发明的第三个目的在于提供上述荧光材料的应用。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种钛铝酸盐基上转换发光材料，化学式为Ba_4(1-x-y)Er_xYb_yTi₁₀Al₂O₂₇，其中x为铒离子Er³⁺掺杂的化学计量分数，y为镱离子Yb³⁺掺杂的化学计量分数，0.001≤x+y≤0.2。

本发明还公开了上述的钛铝酸盐基上转换发光材料的制备方法，采用高温固相法，包括以下步骤：