一种上转换白光材料CaF₂:Yb³⁺/Eu³⁺/Y³⁺的制作方法

一种上转换白光材料CaF₂:Yb³⁺/Eu³⁺/Y³⁺的制作方法
【专利摘要】本发明的目的是提供一种在～980nm近红外光激发下可以发射白光的上转换材料。本发明的创新之处主要体现在以下几点：首先，我们选择具有丰富能级的Eu3+来提供蓝光和红光发射，与传统的Yb3+/Tm3+/Er3+和Yb3+/Tm3+/Ho3+等体系相比，使用Eu3+作为激活剂，从某种程度上说扩大了上转换白光材料的选择范围；其次，Yb3+既作为敏化剂同时又提供绿光的发射；另外，本发明巧妙的使用了与Yb3+及Eu3+之间没有能量传递的Y3+来猝灭Yb3+离子对的合作发射。因此，本发明材料是一种具有独特性质的上转换发光材料。
【专利说明】
_种上转换白光材料CaF2: Yb3VEu3VY3+
技术领域
[0001 ]本发明属于上转换发光材料技术领域，具体涉及一种上转换白光材料CaF2: Yb3+/Eu3VY3+。
【背景技术】
[0002]自上世纪60年代以来，上转换发光学得到了快速的发展。按照Stokes定律，激发光波长应该大于材料的发光波长。然而上转换过程却与其相反，也被称作反Stokes过程。上转换发光材料的发现，在发光学技术方面是一个重大突破。近年来，稀土上转换发光材料在固态激光器、红外量子计数器、三维立体显示、生物医学荧光诊断、防伪、太阳能光伏器件制备等领域具有良好的应用前景。
[0003]目前，上转换材料主要是稀土掺杂无机化合物。按基质材料的不同，上转换发光材料一般可分成四类:稀土氟化物、稀土齒氧化物、稀土硫氧化物、稀土氧化物。其中，由于具有稳定的物理和化学性质以及低的声子能量等优点，氟化物作为基质的上转换材料受到更多的关注。人们已经在许多材料中获得了上转换白光，然而关于CaF2:Yb3VEu3+/Y3+材料的上转换白光材料还没有被报道过。

【发明内容】

[0004]本发明的目的是提供一种在?980nm近红外光激发下可以发射白光的上转换材料。
[0005]本发明所述的一种上转换白光材料CaF2:Yb3VEu3VY3+，材料制备工艺简单，其特征在于:
[0006](I )、将三价镱离子Yb3+、三价铕离子Eu3+、三价钇离子Y3+共同掺杂进碱土金属氟化物基质材料中；以全部金属阳离子的摩尔浓度和为100%计算，其中，Yb3+的掺杂浓度范围为Omol %?1.5mol% ; Eu3 +的掺杂浓度为0.0lmol %?0.1Omol Y3 +的掺杂浓度范围为Omol % ?2mol %。
[0007](2)、当Y3+掺杂浓度为Imol %时，在?980nm近红外光的激发下，CaF2:1 % Yb3+/
0.05% Eu3+/1 % Y3+材料可以得到白色发光。
[0008]进一步地，所述的碱土金属氟化物为CaF2。
[0009]进一步地，所述的Yb3+的掺杂浓度为lmol%，Eu3+的掺杂浓度为0.05mol%，Y3+的掺杂浓度范围为Imol %。
[0010]本发明所述的CaF2= Yb3VEu3VY3+上转换发光材料，可以通过高温烧结、高温扩散、湿法化学、镀膜、溅射、外延生长、静电纺丝多种方法制备。
[0011 ]与现有技术相比，本发明具有如下优点:
[0012](1)、选择具有丰富能级的三价铕离子Eu3+来提供蓝光和红光发射；
[0013](2)、与传统的Yb3VTm3VEr3+和Yb3+/Tm3+/Ho3+等体系相比，本发明使用Eu3+作为激活剂，扩大了上转换白光材料的选择范围；
[0014](3)、Yb3+不仅作为敏化剂，同时在近红外光激发下发射了480?540nm蓝绿荧光，提供了三基色中的蓝光和绿光，在Yb3+离子的敏化作用下，Eu3+离子可以发射出红色和蓝色上转换荧光；
[0015](4)、材料中只有Yb3+和Eu3+之间存在能量传递，降低了稀土离子之间的交叉驰豫现象，利用三价镱离子Yb3+及三价铕离子Eu3+之间没有能量传递的三价钇离子Y3+来猝灭Yb3+离子对的合作发射，从而达到调节三种基色比例的目的，并最终实现材料的上转换白光发射。
[0016]因此，CaF2:Yb3+/Eu3+/Y3+是一种具有独特性质的上转换发光材料。
【附图说明】
[0017]图1为CaF2单掺Imol %Yb3+的上转换发射光谱图；
[0018]从图中可以看出，两个Yb3+的合作发射特征峰位于480?540nm之间；
[0019]图2为掺杂不同摩尔浓度(1%4= 0，0.5，1，2)的￥3+离子时，0&?2:1%￥133+/0.05%Eu37x%Y3+样品在近红外光激发下的上转换发射光谱图；
[0020]从图中可以看出，光谱中存在两个Yb3+的合作发射以及Eu3+的系列特征峰，随着Y3+掺杂摩尔浓度的增加，Yb3+合作发射逐渐减弱，当Y3+摩尔浓度为2%时，Yb3+合作发射几乎观察不到，当Y3+摩尔分数为1%时，三种基色的比例达到最佳，获得了上转换白光发射；
[0021 ] 图3为在近红外光激发下，掺杂不同浓度Y3+的CaF2:1 %Yb3+/0.05%Eu3Vx%Y3+样品的色度坐标图；
[0022]从图中可以看出，CaF2:Yb3+/Eu3+/l%Y3+样品的色度坐标与标准的白光坐标非常接近，其坐标为(0.31,0.33)。
【具体实施方式】
[0023]实验所采用的原料为03卩2(99.99%)、丫匕卩3(99.99%)411203(99.99%)和￥203(99.99%)。
[0024]实施例1
[0025]用高温固相熔融法制备了Yb3+(O，0.1，0.5，I，1.5mol % )单掺的CaF2粉末材料。按化学计量比分别秤取CaF2的质量为0.3900克、0.3896克、0.3881克、0.3861克、0.3842克以及YbF3的质量为O克、0.0012克、0.0058克、0.0115克、0.0173克，将两种粉末混合并在玛瑙研钵中充分研磨。随后将研磨后样品置于拥有氩气气氛的高温管式炉中，在1400°C条件下煅烧2小时即得到CaF2: Yb3+样品。
[0026]实施例2
[0027]用高温固相熔融法制备了Yb3+(lmol%)和Eu3+(0.01，0.03，0.05，0.07，
0.1Omol %)共同掺杂的CaF2粉末材料。按化学计量比称取CaF2的质量分别为0.3860克、
0.3859克、0.3858克、0.3857克、0.3856克，YbF3的质量为0.0115克，Eu2O3的质量分别为
0.0002克、0.0006克、0.0009克、0.0014克和0.0018克。将称量的粉末——对应混合后在玛瑙研钵中充分研磨，随后在实施例1的实验条件下获得了 CaF2:Yb3+/Eu3+系列样品。
[0028]实施例3
[0029]用高温固相熔融法制备了Yb3+ (ImoI % )，Eu3+(0.05mo I % )和Y3+(O、0.5、I，2moI % )共同掺杂的CaF2粉末材料。按化学计量比称取CaF2的质量分别为0.3858克、0.3840克、0.3820克、0.3781克，YbF3的质量为0.0115克，Eu2O3的质量0.0009克，YF3的质量分别为O克、0.0036克、0.0073克和0.0146克。将称量的粉末——对应混合后在玛瑙研钵中充分研磨，随后在实施例1的实验条件下获得了 CaF2:Yb37Eu37x%Y3+系列样品。
【主权项】
1.一种上转换白光材料CaF2: Yb3VEu3VY3+，其特征在于:将三价镱离子Yb3+、三价铕离子Eu3+、三价钇离子Y3+共同掺杂进碱土金属氟化物基质材料中；以全部金属阳离子的摩尔浓度和为100%计算，其中，Yb3+的掺杂浓度为0.1mol %?1.5mol% ;Eu3+的掺杂浓度为0.0lmol %?0.Imol % ; Y3+的掺杂浓度范围为0.5mol %?2mol % ;在?980nm近红外光的激发下，该种材料可以得到白色发光。2.如权利要求1所述的一种获得上转换白光的方法，其特征在于:所述的碱土金属氟化物材料为CaF2。3.如权利要求1所述的一种获得上转换白光的方法，其特征在于:所述的Yb3+的掺杂浓度为ImoI %，Eu3+的掺杂浓度为0.05mol %，Y3+的掺杂浓度范围为ImoI %。
【文档编号】C09K11/61GK106085423SQ201610379029
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年5月31日
【发明人】秦伟平, 李洋洋, 刘晓辉, 郭俊杰, 秦冠仕, 吴长锋, 尹升燕, 赵丹
【申请人】吉林大学