[發明專利]全無機柔性上轉換發光器件及其制備方法

有效

• 申請號: 201710764836.2
• 申請日: 2017-08-30
• 公開（公告）號: CN107527983B
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）人: 孫星浩;汪堯進;鐘茂;楊斌;王鼎
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H01L33/50
• 分類號: H01L33/50;C23C14/08;C23C14/28;C09K11/67
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 鄒偉紅;朱顯國

本發明公開了一種全無機柔性上轉換發光器件及其制備方法，包括柔性超薄云母襯底以及無機上轉換發光薄膜層，其中，所述的無機上轉換發光薄膜層為摻雜了0.75%Er和0.75%Yb的Ba_0.85Ca_0.15TiO₃薄膜。本發明通過在柔性超薄云母襯底上直接生長無機上轉換發光薄膜的方法獲得全無機柔性上轉換發光器件，制備方法非常簡單、成本低廉、能實現大批量生產；本發明能在生物標記、太陽能電池、光刻、海底通訊、視屏顯示、防火通道指示牌、可穿戴設備以及人工智能領域有廣泛的應用。

技術領域

本發明屬于上轉換發光器件領域，具體涉及一種全無機柔性上轉換發光器件。

背景技術

上轉換發光是發射波長短于激發波長的一種發光過程，是反斯托克斯過程。稀土摻雜材料的上轉換發光是實現光波頻率轉換的重要途徑，它是利用稀土離子的多光子轉變成單光子輸出，從而實現短波長熒光輸出。以稀土離子為發光中心的從近紅外到可見波段頻率的上轉換無機發光材料在激光、光通訊、平板顯示、熒光標記和光電子器件等領域具有廣泛的應用前景。目前稀土離子上轉換激光器已經與寬帶隙半導體材料直接激發的短波長激光器的功率相當，但是在光束質量和穩定性等方面具有寬帶隙半導體激光無法比擬的優勢，因此上轉換發光更有利于簡單、廉價及結構緊湊小型激光系統的發展。

隨著人工智能機器人和可穿戴設備的發展，對傳統上轉換發光材料的物理性能提出了更高的要求。除了要達到較高的上轉換性能外，還要求材料具有較高的柔性、可彎曲特性和抗疲勞特性。然而，目前的全無機上轉換發光材料主要基于稀土離子摻雜的氧化物剛性材料和剛性襯底上生長的相應薄膜材料。這些材料剛度系數較大、楊氏模量較高，無法滿足柔性可穿戴的應用需求。因此，本發明基于目前的研究現狀，提出一種利用層狀二維材料為襯底，在高溫下通過脈沖激光沉積法生長制備全無機稀土上轉換發光材料的新思路。

脈沖激光沉積法是一種利用激光對物體進行轟擊，然后將轟擊出來的物質沉淀在不同的襯底上，得到沉淀或者薄膜的一種手段。包括激光輻射與靶的相互作用，熔化物質的動態，熔化物質在基片的沉積，薄膜在基片表面的成核與生成這四個基本過程。這種制膜方法具有沉積速率高，試驗周期短，襯底溫度要求低，制備的薄膜均勻等優點。

目前仍然沒有全無機柔性上轉換發光器件的相關中國專利，少數專利介紹了剛性的上轉換發光材料，例如中國專利CN106811197A采用高溫固相法制備了氟硅酸鹽基上轉換陶瓷材料；中國專利CN106905964A采用高溫固相法制備了鈦鈮酸綠色上轉換發光材料。上述發明專利涉及的制備方法和新材料，為上轉換發光材料在激光、光通訊、平板顯示、熒光標記和光電子器件等領域的應用提供了方法基礎和材料基礎，但是其剛性、脆性的機械性能無法滿足新型的柔性激光器、柔性光通訊、柔性顯示和柔性光電子器件的應用需求。

發明內容

本發明的目的是提供一種全無機柔性上轉換發光器件及其制備方法。

本發明的技術目的是這樣實現的：一種全無機柔性上轉換發光器件，包括柔性超薄云母襯底以及無機上轉換發光薄膜層，其中，所述的無機上轉換發光薄膜層為摻雜了0.75%Er和0.75%Yb的Ba_0.85Ca_0.15TiO₃薄膜（以下簡稱BCTO）。

進一步的，所述的柔性超薄云母襯底采用白云母、金云母或者氟晶云母等各種類型的云母中任意一種。

進一步的，柔性超薄云母襯底厚度為5微米以下。

上述全無機柔性上轉換發光器件的制備方法，包括如下步驟：

（1）按無機上轉換發光薄膜層的化學計量比，制備靶材；

（2）利用物理方法對云母襯底沿解理面剝離進行減薄處理，減薄至5微米以下；