[發明專利]摻雜稀土元素的基質材料

無效

• 申請號: 00807695.2
• 申請日: 2000-02-25
• 公開（公告）號: CN1351641A
• 公開（公告）日: 2002-05-29
• 發明（設計）人: R·E·里曼;J·巴拉托
• 申請（專利權）人: 拉特格斯州立大學
• 主分類號: C09K11/59
• 分類號: C09K11/59;C09K11/08;C09K11/61;C09K11/88;C09K11/62;H01J1/63
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 張元忠,譚明勝

??????????????????????發明背景

本發明涉及摻雜一種或者多種稀土元素的基質材料的固溶體納米粒子。本發明還涉及從溶液中制備摻雜稀土元素的基質材料的納米粒子的溶液制備方法。本發明也涉及其中結合有摻雜稀土元素的基質材料的納米粒子的發光裝置。

作為許多光學方面的應用材料，鹵化鹽受到了全世界的注意。這是由于在化學中，離子類物質一般比氧化物基的化合物具有更大的原子質量和更弱的化學鍵合。這實質上導致了理論透明度的巨大提高，因此，對為遠程通訊尋找超低損耗鹵化物(主要是氟化物)光纖的電訊公司來說，存在巨大的利益。當鹵化物材料摻雜發光離子(例如稀土)時，在相對重原子間的弱成鍵作用進一步導致基質對摻雜物的影響減少，由此導致不能從例如氧化物基物系中的等離子獲得放射性發光物。相應地，該鹵化物據說具有低聲子能，并且能夠擁有廣泛的應用。相關例子是在1.3微米電訊窗上的光學放大器，提供實際上的任何發射經過近紫外，可見和近紅外光譜的上變頻光源，彩顯材料(平板發光材料和立體整料)，以及用于紅外成像，大氣傳感器和軍用的反測試長波源。總之，這些為數甚少的應用意味著每年幾萬億美元的商業價值。

不幸的是，在多數情況下，傳統的處理方法在生產光學元件如具有有希望接近本質材料性質的纖維更加便宜的努力白費了。由此得到的結果是，摻雜稀土的鹵化物放大器由非常少的公司以非常小的規模銷售。當今只能尋求采用消耗相對較小規模鹵化物材料的應用，一般是基于鹵化物的低聲能性質和相應的發光性質。

特別地，傳統的處理方法難以生產高濃度的稀土元素離子的金屬鹵化鹽。Jones等J.Crystal?Growth，2，361-368(1968)公開了在從一種熔融物中長出的LaF₃晶體中，稀土離子的濃度范圍局限于從釤(Sm)的25個摩爾百分比到少于1個摩爾百分比鐿(Yb)的范圍。只是公開了鈰(Ce)，鐠(Pr)和釹(Nd)在LaF₃中完全溶解。

Kudryavtseva等人，Sov.Phys.Crystallogr.，18(4)，531(1974)公開了當把熔融生長的晶體在水中急冷時，能夠獲得更高的溶解度。所公開的在LaF₃中提高的溶解度范圍是從對釤(Sm)65個摩爾百分比到镥(Lu)的5個摩爾百分比。

現有技術的出版物都沒有公開摻雜稀土元素的金屬鹵化鹽的納米粒子的直接制備方法。現在需要一種方法，通過該方法不僅可以制備可增量摻雜從鋱(Tb)到镥(Lu)的稀土元素的材料，而且能夠直接制備這樣的粒子。

??????????????????????????發明概述

本發明是基于些需要。現在已經發現摻雜稀土元素的固溶體的納米粒子可以通過溶液處理技術制備，特別是在遠遠低于材料熔點的溫度下，結合使用反應性氣氛法和溶液合成方法來制備。

本發明的合成方法可以用于制備在迄今為止的現有技術中未曾披露過的水平上，摻雜鋱(Tb)，鏑(Dy)，鈥(Ho)，鉺(Er)，銩(Tm)，鐿(Yb)和镥(Lu)的納米粒子。因此，根據本發明的另一方面，提供一種摻雜高達約60摩爾百分比的一種或多種稀土元素的組合物，其中稀土元素選自Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu，這種組合物在該稀土元素產生激發，熒光或者發光的波長下是光學透明的，并且稀土元素的含量為含Tb和Dy大于約50摩爾百分比，含Ho大于約40摩爾百分比，含Er大于約30摩爾百分比，含Tm大于約20摩爾百分比，含Yb大于約10摩爾百分比以及含Lu大于約5摩爾百分比。這種組合物還可以摻雜除了Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu的其它稀土元素，其量為整個稀土元素含量的90摩爾百分比或者更大。

優選的組合物包括由鑭(La)，鉛(Pb)和周期表第II族金屬，例如鈹(Be)，鎂(Mg)，鈣(Ca)，鍶(Sr)和鋇(Ba)的鹵化物和硫屬元素化物。半導體元素和周期表第IIIA族和IV族元素的化合物也可以使用，包括但不局限于硅(Si)，砷化鎵(GaAs)，氮化鎵(GaN)，氮化銦(InN)等。