[發明專利]一種鋱鐿稀土離子雙摻雜氟化镥釓鋰上轉換發光晶體及其制備方法

有效

• 申請號: 201410060568.2
• 申請日: 2014-02-20
• 公開（公告）號: CN103774211A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 夏海平;符立;董艷明;李珊珊;唐磊;汪沛淵;彭江濤;張約品
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: C30B11/00
• 分類號: C30B11/00;C30B29/12
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技術領域

本發明涉及用于上轉換發光的單晶體，具體涉及鋱鐿稀土離子雙摻雜氟化釔釓鋰單晶體及制備方法。

背景技術

與傳統典型的發光過程不同，上轉換發光，即：反-斯托克斯發光(Anti-Stokes)，就是長波長的光激發某些材料發射出短波長的光。上轉換過程需要許多中間態來累積低頻的激發光子的能量。其中主要有三種發光機制：激發態吸收、能量轉換過程、光子雪崩。這些過程均是通過摻雜在晶體顆粒中的激活離子能級連續吸收一個或多個光子來實現的，而那些具有f電子和d電子的激活離子因具有大量的亞穩能級而被用來上轉換發光。然而高效率的上轉換過程，只能靠摻雜三價稀土離子實現，因其有較長的亞穩能級壽命。優質的基質應具備以下幾種性質：在于特定波長范圍內有較好的透光性，有較低的聲子能和較高的光致損傷閾值。此外，為實現高濃度摻雜基質與摻雜離子應有較好的晶格匹配性。綜上考慮，稀土金屬、堿土金屬和部分過渡金屬離子的無機化合物可以作為較理想的稀土離子摻雜基質。

迄今為止，上轉換發光都發生在摻雜稀土離子的化合物中，主要有氟化物、氧化物、含硫化合物、氟氧化物、鹵化物等。NaYF₄是目前上轉換發光效率最高的基質材料，比如NaYF₄:Er，Yb，即鐿鉺雙摻時，Er做激活劑，Yb作為敏化劑。上轉換發光材料可作為紅外光激發發出可見光的紅外探測，生物標識，和長余輝發光的警示標識，防火通道指示牌或者室內墻壁涂裝充當夜燈的作用等。

現階段活性離子摻雜的上轉換材料主要有熒光粉體和玻璃兩種材料，由于熒光粉體對太陽光產生很大的散射作用，以及玻璃材料較差的穩定性能，這成為制約其大規模實際應用的最大瓶頸。單晶材料由于高的透明性與活性離子發光效率，是合適的上轉換發光材料。

LiLuF₄是與NaYF₄類似的優秀晶體基質，從紫外到中紅外波長范圍內有較好的透光性，有較低的聲子能和較高的光致損傷閾值。Yb³⁺/Tb³⁺離子組合能實現紅外光激發發射可見光波段的上轉換發光。Yb³⁺在紅外960-980nm具有很強的吸收，它所吸收的光通過能量的協作轉換作用，把能量轉換給Tb³⁺離子，通過Tb³⁺離子，發出藍光與紅光。但當Yb³⁺/Tb³⁺離子同時摻雜到LiLuF₄晶體中時，被取代的Lu³⁺離子半徑與摻雜離子Yb³⁺比較匹配，但另一摻雜離子Tb³⁺與Lu³⁺相差不相匹配，導致Tb³⁺離子在晶體中的分布不均勻，產生較大的晶體應力，獲得的晶體品質差。另外LiLuF₄等氟化物晶體在高溫生長過程中會揮發產生具有很強腐蝕性的氟化物氣體，它將對設備造成損耗，嚴重的可能對人體造成危害，特別是由于氣體的揮發，造成原配方組分的缺少，影響晶體的質量。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種能把紅外光(950～980nm波段)高效率轉換成可見光的Tb³⁺/Yb³⁺稀土離子雙摻雜氟化镥釓鋰單晶體及制備方法；該Tb³⁺/Yb³⁺稀土離子雙摻雜單晶體具有生長溫度低，稀土發光離子Tb³⁺與Yb³⁺在晶體中分布均勻，以及優秀的抗光輻照性能、機械性能、熱學性能、物化性能及高的光學透過性能。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：用于太陽光譜調制的Tb³⁺/Yb³⁺摻雜氟化镥鋰單晶體，該Tb³⁺/Yb³⁺稀土離子雙摻雜氟化镥鋰單晶體的化學式為LiLu_(1-α-β-γ)Gd_αYb_βTb_γF₄，其中α、β、γ分別為Gd、Yb、Tb置換Lu的摩爾比，0.050≤α≤0.10，0.01≤β≤0.12，0.001≤γ≤0.01。