[發明專利]一種亞微米級棒狀鈧酸鈣基上轉換發光材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201210536284.7
• 申請日: 2012-12-12
• 公開（公告）號: CN102994084A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 張家驊;李靜;張霞;郝振東
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: C09K11/78
• 分類號: C09K11/78
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 張偉

技術領域

本發明屬于發光材料技術領域，具體涉及一類紅外光激發的亞微米級棒狀鈧酸鈣基上轉換發光材料及其制備方法。

背景技術

稀土上轉換發光材料是指材料吸收能量較低的光子卻能夠發出較高能量的光子的材料，或者也可以說是受到某種光激發時，材料可以發射比激發光波長短的熒光材料。該類熒光材料由于具有較高的光轉換效率，而在很多方面都有很好的應用前景，特別是在數據存儲傳輸、光顯示、紅外探測、熒光防偽、熒光探針、生物傳感器、生物成像和太陽能電池等領域。

稀土上轉換發光材料根據基質組分的不同，可分為氟化物、鹵氧化物、硫化物和氧化物、鈧酸鈣等。這些基質材料中，氟化物是目前公認的轉換效率最高的基質材料。它具有較低的聲子能量，減小了由于多光子弛豫造成的無輻射躍遷損失，從而導致較高的上轉換發光效率。但是它的化學穩定性差，制作條件苛刻，不易控制，難以集成等缺點也非常突出，從而在一定程度上限制了它的應用。而氧化物雖然比氟化物聲子能量高，但它的制備工藝簡單，環境條件要求較低，稀土離子的溶解度高，機械強度和化學穩定性好。因此，氧化物是應用的最廣泛的基質材料。但是，以氧化物為基質材料的上轉換發光材料的上轉換效率略低。

近幾年來，鈧酸鈣基稀土上轉換發光材料由于具有較高的光轉換效率而在發光材料領域備受關注。已報道的有：CaSc₂O₄:?Ce³⁺，藍光激發可以產生強的黃綠光、CaSc₂O₄:?Eu³⁺，可以獲得紅光發射、CaSc₂O₄:?Tb³⁺，在254?nm?激發下可以獲得藍光和綠光。上述鈧酸鈣基稀土上轉換發光材料的光轉換效率高。但是，它們主要是利用高溫固相反應制得的，溫度需要達到1500℃，才能夠形成純相CaSc₂O₄。因為溫度≤1000℃不會形成CaSc₂O₄相，而在溫度達到1200℃時，能夠形成CaSc₂O₄與Sc₂O₃雜相，只有在溫度達到1500℃時，才能形成純相CaSc₂O₄。而當溫度達到1500℃時，會由于溫度過高導致制得的上轉換發光材料是大量球狀體粘連在一起的塊狀體，尺寸大，分散性很差。同時，由于激活劑濃度分布不均勻，還會影響其發光效率。

發明內容

本發明為解決現有技術中鈧酸鈣基稀土上轉換發光材料尺寸大及分散性差的技術問題，而提供一種形貌規則，分散性好，尺寸較小，發光性能良好的亞微米級棒狀鈧酸鈣基上轉換發光材料及其制備方法。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案具體如下：

本發明提供的一種亞微米級棒狀鈧酸鈣基上轉換發光材料，該上轉換發光材料是具有以下化學式的化合物：CaSc_2(1-x-y)O₄：M³⁺_2x，Yb³⁺_2y；

其中，M為稀土元素Ho、Er、Tm中的一種或幾種；x，y為元素摩爾分數，其取值范圍為：0.0001≤?x?≤?0.10，0.0001?≤y?≤?0.20。

上述技術方案中，所述的上轉換發光材料為正交晶系，具有CaFe₂O₄結構。

上述技術方案中，所述的上轉換發光材料的直徑為30?~200nm，長度為100?~700nm。

本發明提供的一種亞微米級棒狀鈧酸鈣基上轉換發光材料的制備方法，該制備方法包括以下步驟：