[發(fā)明專利]多稀土離子摻雜上、下轉(zhuǎn)紫外發(fā)光玻璃陶瓷及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110369373.2
• 申請日: 2011-11-18
• 公開（公告）號: CN102849953A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發(fā)明（設計）人: 何森
• 申請（專利權(quán)）人: 何森
• 主分類號: C03C10/16
• 分類號: C03C10/16
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 程金山

技術領域

本發(fā)明涉及固體發(fā)光材料領域，尤其是涉及一種能夠同時實現(xiàn)上、下轉(zhuǎn)換紫外發(fā)光的稀土摻雜玻璃陶瓷及其制備方法。

背景技術

近年來，由于紫外激光在高密度光學數(shù)據(jù)存儲、光顯示器和紅外傳感器、生物醫(yī)學等領域具有重要的應用前景，其獲得方法引起材料科學家的廣發(fā)關注。通過上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料將長波激光轉(zhuǎn)換為短波激光是一種有效的獲得短波激光的方法。上轉(zhuǎn)換發(fā)光也稱為頻率上轉(zhuǎn)換發(fā)光，是一種通過多光子吸收產(chǎn)生輻射躍遷的過程，輻射的光子能量通常比泵浦光子的能量高。稀土離子摻雜是常用的獲得上轉(zhuǎn)發(fā)光材料的方法之一。元素周期表中從鑭(La)到镥(Lu)共15個元素，也就是所謂的鑭系元素(Ln)，加上同族(III3)的鈧(Sc)和釔(Y)，總共17個元素，統(tǒng)稱為稀土元素(RE)。在固體材料中，稀土離子通常為三價，其電子構(gòu)型為4fn5s26p6，它的發(fā)光特性主要取決于離子4f殼層電子的性質(zhì)(Sc和Y除外)。稀土離子表現(xiàn)出不同的電子躍遷形式和極其豐富的能級躍遷，隨著4f殼層電子數(shù)的變化，能級之間的可能躍遷數(shù)目高達199177個，可觀察到的譜線達30000多條，如果再涉及4f-5d的能級躍遷，則躍遷數(shù)目更多。因而，稀土離子的發(fā)射光譜范圍非常寬，可布滿從紫外到紅外區(qū)域。而其紫外發(fā)光波段通常發(fā)生在4f-5d躍遷，在某些三價稀土離子如Ce³⁺、pr³⁺、Tb³⁺、Eu³⁺和一些二價的稀土離子如Sm²⁺、Dy²⁺、Tm²⁺、Yb²⁺等中均可觀察到紫外波段的4f-5d躍遷。如Y.Ohishi等人在Tb³⁺/Yb³⁺共摻的含氟化鈣納米晶透明玻璃陶瓷中觀察到紫外上轉(zhuǎn)換發(fā)光，它是通過兩個Yb³⁺離子共合作能量傳遞給Tb³⁺離子來實現(xiàn)上轉(zhuǎn)換【L.Huang，T.Yamashita，R.Jose，R.Arai，T.Suzuki?and?Y.Ohishi，App.Phys.Lett.90，131116(2007)】。

下轉(zhuǎn)發(fā)光是通過吸收高能量的光子，輻射出較低能量的光子。目前人們研究的下轉(zhuǎn)發(fā)光材料通常為將紫外光甚至X光等短波、超短波射線下轉(zhuǎn)至可見光范圍，從而實現(xiàn)成像觀察等目的。

然而，迄今為之，還沒有能夠同時實現(xiàn)紅外光、可見光的上轉(zhuǎn)換和短波輻射的下轉(zhuǎn)換并且發(fā)出近紫外光的玻璃陶瓷。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明要解決的技術問題

本發(fā)明要解決的問題在于提供一種稀土離子摻雜的玻璃陶瓷及其制備方法，該玻璃陶瓷可同時實現(xiàn)紅外光、可見光的上轉(zhuǎn)換和短波輻射的下轉(zhuǎn)換，獲得處于近紫外區(qū)的紫外光。

本發(fā)明技術問題的解決方案是：

1、一種多稀土離子摻雜的上、下轉(zhuǎn)換紫外發(fā)光玻璃陶瓷，所述玻璃陶瓷為摻雜有至少4種稀土離子，優(yōu)選至少5種稀土離子的氟硅酸鹽玻璃陶瓷，其中所述稀土離子以氧化物計的摩爾含量為整個玻璃陶瓷總量的1％至20％，優(yōu)選1％至15％，所述玻璃陶瓷可將紅外光、可見光上轉(zhuǎn)換為紫外光，同時將波長為320nm以下的短波輻射下轉(zhuǎn)換為紫外光，所述上轉(zhuǎn)換紫外光和下轉(zhuǎn)換紫外光均處于近紫外區(qū)。

2、根據(jù)1所述的玻璃陶瓷，其中所述上轉(zhuǎn)換紫外光和下轉(zhuǎn)換紫外光的發(fā)射譜峰值在340至380nm的范圍內(nèi)。

3、根據(jù)1-2中任一項所述的玻璃陶瓷，其中所述上轉(zhuǎn)換紫外光和下轉(zhuǎn)換紫外光的發(fā)射譜峰值波長之差小于等于30nm，優(yōu)選小于等于25nm，更優(yōu)選小于等于15nm。

4、根據(jù)1-3中任一項所述的玻璃陶瓷，其中所述稀土離子選自：La³⁺、Y³⁺、Ce⁴⁺、Eu³⁺、Tb⁴⁺、Tb³⁺、Tm³⁺、Ho³⁺、Yb³⁺。

5、根據(jù)1-4中任一項所述的玻璃陶瓷，其中所述氟硅酸鹽玻璃陶瓷的基體材料為Ca、Si、Al系氟氧化物，所述Ca、Si、Al系氟氧化物以摩爾百分比計的組成為：40-70％的SiO₂，5-35％的CaF₂，5-30％的Al₂O₃和0-15％的CaCO₃。