[发明专利]新型上转换发光材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及稀土离子掺杂的新型上转换发光材料，属于发光材料研究领域。

背景技术

随着信息处理、高密度数据存储、海底通信、大屏幕视频显示、检测及其激光医疗等领域的迅速发展，越来越需要效率高、性能好的可见光波长的激光光源，尤其是蓝绿波段激光。在固体激光器中欲获得蓝绿波段的激光输出，主要有以下三种方法：(1)利用宽禁带半导体材料直接制作蓝绿波段的半导体激光器；(2)利用非线性频率变换技术对固体激光进行倍频；(3)利用上转换技术在掺稀土的晶体或玻璃中实现蓝绿激光输出。

上转换发光与其它方法相比具有以下优点：可以有效降低光致电离作用引起基质材料的衰退；不需要严格的相位匹配，对激发波长的稳定性要求不高；输出波长具有一定的可调谐性；更有利于小型可见和紫外波段全固体激光器的发展等。近年来，由于红外半导体激光二极管的迅速发展及商品化，提供了较为丰富的泵浦光源，使稀土离子的上转换发光得到广泛研究。稀土元素Er、Pr、Tm、Sm、Nd等具有丰富的能级，且部分能级寿命较长，上转换效率很高，是研究较多的上转换材料的激活剂。基质材料虽然不构成激(发)光能级，但能为激活离子提供合适的晶体场，是影响上转换发光特性的一个重要因素。传统的上转换发光材料，大部分都是以氟化物或者氟氧化物作为基质，但其吸湿性强、化学稳定性差、机械强度差、抗激光损伤阈值低、热稳定性差、不易制备的缺点限制了它们的实际应用。而传统的高温固相反应法极易造成产物粒度分布不均匀、纯度较差、容易引进杂质相等，影响材料的发光性能。因此上转换研究的重点之一就是进一步加强基础研究，寻找一些新的发光原理、新的制备方法和新的材料组合以实现室温、宽波长的上转换发光。

发明内容

本发明针对现有上转换发光材料在制备和实际应用中存在的问题，提供一种化学纯度和稳定性高、发光强度大的稀土离子掺杂的LaNbTiO₆基质的新型上转换发光材料。同时提供一种该上转换发光材料的制备方法

本发明的新型上转换发光材料的化学通式为：La_1-mRE_mNbTiO₆，其中RE为稀土元素Er、Sm和Nd中的一种；当RE为Er时，m的取值范围为0.001＜m＜0.2；当RE为Sm时，m的取值范围为0.001＜m＜0.16；当RE为Nd时，m的取值范围为0.001＜m＜0.15。

上述新型上转换发光材料的制备方法包括以下步骤：

(1)将五氧化二铌(Nb₂O₅)在80-90℃下溶解于40％的氢氟酸(HF)中，然后向其中滴入氨水(NH₃·H₂O)溶液至pH值为8.5-9.5，形成白色氢氧化铌(Nb(OH)₅)沉淀物，室温下陈化10-16小时，将沉淀物过滤、洗涤后溶于柠檬酸水溶液中，柠檬酸与Nb₂O₅的摩尔比为8-16∶1，形成透明的Nb-柠檬酸溶液；

(2)按照摩尔比Nb⁵⁺∶Ti⁴⁺∶La³⁺∶RE³⁺∶NH₄NO₃＝1∶1∶1-m∶m∶24-60的比例将钛酸四丁酯(Ti(C₄H₉O)₄)、硝酸镧(La(NO₃)₃)、含RE³⁺的稀土硝酸盐(Er(NO₃)₃、Sm(NO₃)₃或Nd(NO₃)₃)及硝酸铵(NH₄NO₃)依次加入到步骤(1)制取的Nb-柠檬酸溶液中，形成透明溶液，在95-105℃下将该溶液加热搅拌，得到浅黄色的前驱体凝胶；其中：当RE为Er时，m的取值范围为0.001＜m＜0.2；当RE为Sm时，m的取值范围为0.001＜m＜0.16；当RE为Nd时，m的取值范围为0.001＜m＜0.15；