一种上转换发光材料及其制备方法和应用

本发明涉及发光材料领域，尤其涉及一种上转换发光材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、钨钼酸盐的材料具有较低的声子能量，因此可以有效抑制激发态能级的无辐射跃迁，有助于稀土离子发光效率的提高，并且该材料特有的abo4型(a＝ca，sr，ba，mg，pb，zn，mn，ni，fe，co等；b＝mo或w)四面体结构在作为发光基质材料时具有极高的稳定性和应用价值。

2、但是，目前以钼酸盐或钨酸盐为基质的上转换发光材料用到的稀土激活离子均以er3+为主要研究对象，例如，中国专利cn104031644a公开了er3+和yb3+掺杂zngd4mo3o16，其中yb3+离子作为敏化剂来提高er3+的绿光发光强度，但是其发光性能仍较差。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种上转换发光材料及其制备方法和应用，本发明的上转换发光材料具有优异的发光性能。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种上转换发光材料，为核壳结构，所述核为yb3+离子掺杂ar2(bo4)4或yb3+离子掺杂abo4，壳为ho3+离子掺杂ar2(bo4)4或ho3+离子掺杂abo4；

4、所述a为正二价的过渡金属离子或正二价的主族金属离子；

5、所述r为正三价的稀土金属离子；

6、所述b为mo6+或w6+。

7、优选的，所述上转换发光材料的化学式为ar1.96-y(bo4)4:yyb3+,0.04ho3+；

8、壳的化学式为ar1.96(bo4)4:0.04ho3+；

9、核的化学式为ar2-y(bo4)4:yyb3+所述0.04≤y≤0.08。

10、优选的，所述过渡金属离子包括zn2+、mn2+、ni2+、fe2+或co2+；

11、所述主族金属离子包括pb2+、ca2+、mg2+、sr2+或ba2+。

12、优选的，所述稀土金属离子包括gd3+。

13、优选的，所述上转换发光材料的粒径为40～60nm；所述壳的厚度为25～30nm。

14、本发明还提供了上述技术方案所述上转换发光材料的制备方法，包括以下步骤：

15、将第一含a的溶液、第一含r的溶液、第一含b的溶液、含yb3+的溶液、第一络合剂和第一ph调节剂第一混合后进行第一晶化反应，得到核层材料；

16、将所述核层材料与第二含a的溶液、第二含r的溶液、第二含b的溶液、含ho3+的溶液、第二络合剂、第二ph调节剂第二混合后进行第二晶化反应，得到所述上转换发光材料。

17、优选的，所述第一含a的溶液中的a的物质的量和第一络合剂的质量之比、所述第二含a的溶液中的a的物质的量和第二络合剂的质量之比独立地为0.01～0.02mol：0.5g。

18、优选的，所述第一络合剂和第二络合剂独立地包括聚乙二醇和/或edta。

19、优选的，所述第一晶化反应和第二晶化反应的温度独立地为165～175℃，时间独立地为15～20h。

20、本发明还提供了上述技术方案所述的上转换发光材料或上述技术方案所述制备方法制备的上转换发光材料在天文学观测仪器、固体激光器、照明产品或平板显示器领域中的应用。

21、本发明提供了一种上转换发光材料，为核壳结构，所述核为yb3+离子掺杂ar2(bo4)4或yb3+离子掺杂abo4，壳为ho3+离子掺杂ar2(bo4)4或ho3+离子掺杂abo4；

22、所述a为正二价的过渡金属离子或正二价的主族金属离子；

23、所述r为正三价的稀土金属离子；

24、所述b为mo6+或w6+。

25、本发明将作为发光中心离子的ho3+离子掺杂入基质材料中并以壳层的形式将具有稀土yb3+离子掺杂的核层进行包裹，这可有效增加上转换纳米材料对激发光源的利用率，从而提高其发光性能：核层材料中的敏化剂yb3+离子可在激发光源的作用下发生能级跃迁并在此过程中向壳层材料传递能量，提升激发光源的利用率和发光效率；另外，核层的反射作用将一部分已经穿过壳层的激发光源再次反射回壳层中，从而进一步提高激发光源的利用率。此外，敏化剂yb3+与核壳结构表面距离的增加有效增加了敏化剂yb3+与表面缺陷的距离，减少了表面缺陷和表面有机分子振动对敏化作用的影响，从而又进一步提高了发光性能。实施例结果表明，在0.65w，995nm的激发光下，在525～655nm范围内，绿光发光峰值强度为1217.351，红光发光峰值强度为431.596，色纯度为99.5％，量子产率为1.7％。

26、本发明提供的上转换发光材料中的yb3+和ho3+特有的4f电子层结构，可在外界激发光源激发下在525～655nm范围内实现高效发射红光和绿光，且发光强度高、色纯度高、量子产率高，应用于天文学观测时，采用本发明提供的上转换发光材料制备成观测设备原器件能够对宇宙射线中非可视光区(970-990nm)的长波长光源作出反应，并发射红绿双光，因此，相比于使用短波长激发的发光材料，本发明提供的上转换发光材料可明显提升观测设备观测范围，应用价值更高；也可进一步提升高质量的平板显示器能力，固体激光器及高性能照明产品效率。

27、进一步地，本发明通过调整壳层的厚度进一步减少了表面缺陷和表面有机分子振动对上转换发光的影响，并提高了对激发光的吸收，从而进一步增强了上转换发光材料的发光性能。

技术特征：

1.一种上转换发光材料，其特征在于，为核壳结构，所述核为yb3+离子掺杂ar2(bo4)4或yb3+离子掺杂abo4，壳为ho3+离子掺杂ar2(bo4)4或ho3+离子掺杂abo4；

2.根据权利要求1所述的上转换发光材料，其特征在于，所述上转换发光材料的化学式为ar1.96-y(bo4)4:yyb3+,0.04ho3+；

3.根据权利要求1所述的上转换发光材料，其特征在于，所述过渡金属离子包括zn2+、mn2+、ni2+、fe2+或co2+；

4.根据权利要求1所述的上转换发光材料，其特征在于，所述稀土金属离子包括gd3+。

5.根据权利要求1所述的上转换发光材料，其特征在于，所述上转换发光材料的粒径为40～60nm；所述壳的厚度为25～30nm。

6.权利要求1～5任一项所述上转换发光材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述第一含a的溶液中的a的物质的量和第一络合剂的质量之比、所述第二含a的溶液中的a的物质的量和第二络合剂的质量之比独立地为0.01～0.02mol：0.5g。

8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，所述第一络合剂和第二络合剂独立地包括聚乙二醇和/或edta。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述第一晶化反应和第二晶化反应的温度独立地为165～175℃，时间独立地为15～20h。

10.权利要求1～5任一项所述的上转换发光材料或权利要求6～9任一项所述制备方法制备的上转换发光材料在天文学观测仪器、固体激光器、照明产品或平板显示器领域中的应用。

技术总结
本发明提供了一种上转换发光材料及其制备方法和应用，属于发光材料领域。本发明提供的上转换发光材料，为核壳结构，所述核为Yb<supgt;3+</supgt;离子掺杂AR<subgt;2</subgt;(BO<subgt;4</subgt;)<subgt;4</subgt;或Yb<supgt;3+</supgt;离子掺杂ABO<subgt;4</subgt;，壳为Ho<supgt;3+</supgt;离子掺杂AR<subgt;2</subgt;(BO<subgt;4</subgt;)<subgt;4</subgt;或Ho<supgt;3+</supgt;离子掺杂ABO<subgt;4</subgt;；所述A为正二价的过渡金属离子或正二价的主族金属离子；所述R为正三价的稀土金属离子；所述B为Mo<supgt;6+</supgt;或W<supgt;6+</supgt;。Yb<supgt;3+</supgt;离子可在激发光源的作用下发生能级跃迁并向壳层材料传递能量，提升激发光源的利用率；核层的反射作用将一部分已经穿过壳层的激发光源再次反射回壳层中，从而进一步提高激发光源的利用率。

技术研发人员：苏吉益,张英波
受保护的技术使用者：吉林铁道职业技术学院
技术研发日：
技术公布日：2024/12/10