[发明专利]纳米晶增强稀土掺杂碲酸盐发光膜材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光电子信息技术领域，具体涉及一种贵金属纳米晶增强的稀土离子掺杂碲酸盐发光膜材料及其制备方法。 

背景技术

发光材料在光信息存储、传输、显示与处理等领域有广泛而重要的应用，为当今信息技术的发展提供重要支持。在一些材料中引入稀土、半导体、金属离子及其纳米晶体等各类发光物质，可获得各种独特的发光性能，而与有机基体材料相比，无机基体材料具有化学及热稳定性好、使用寿命长等特点，是一类重要的发光基体材料。 

虽然氟化物材料以其较低的声子能量而具有较高的量子效率，但其化学稳定性和机械强度较差、工艺制作困难，限制了其实际应用。氧化碲(TeO₂)在氧化物玻璃材料中具有最低的声子能量，同时其化学稳定性较好、机械强度较高，通过氧化锌等组分的引入，也可以提高稀土离子掺杂的发光效率，因此氧化碲玻璃成为一种较为理想的稀土离子掺杂发光基体材料。同时，膜材料具有可设计性强、微结构可控、易实现功能化与器件化等突出优势，因此，开发高效、稳定的氧化碲基发光膜材料和器件，对光电子功能材料与器件领域有着重要的实际应用价值和社会意义。 

此外，某些贵金属纳米晶(如银、金、铜等)以其独特的表面与界面效应、量子尺寸效应等可明显提高发光物种的发光强度，即利用银、金等贵金属表面或其纳米晶粒的表面增强荧光效应，例如将稀土离子等荧光物种置于银、金、铜等贵金属表面或其纳米晶粒的表面，可以大幅提高荧光物种的荧光量子产率，从而提高荧光输出强度。 

从目前已公开的专利来看，RU2271593(C2)利用磁控溅射的方法制备了Er³⁺掺杂荧光输出的钨碲酸盐基膜材料，CN1636906A采用传统的熔融法制备了用于绿光输出的Er³⁺/Yb³⁺共掺氧氯碲酸盐块体玻璃材料，US6859606采用传统的熔融法制备了Er³⁺和Er³⁺/Yb³⁺掺杂硼碲酸盐块体玻璃材料用于宽带放大器，而CN101148584A则通过贵金属纳米粒子与含发光物质溶液相混合来增强发光强度。尚没有利用溶胶-凝胶法制备稀土离子掺杂碲酸盐发光膜材料，并利用金属纳米晶的表面荧光增强效应进行荧光增强的相关专利，因此，开发一种制备工艺简单、高效、稳定的金属纳米晶表面增强稀土离子掺杂碲酸盐发光膜材料具有重要的现实意义。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种贵金属纳米晶增强的稀土离子掺杂碲酸盐发光膜材料及其制备方法，通过制备稀土离子掺杂的碲酸盐膜材料并引入贵金属纳米晶体，实现荧光的输出和 增强，从而提供一种应用于光电子信息技术领域的发光膜材料。 

在本发明中，贵金属纳米晶增强的稀土离子掺杂碲酸盐发光膜材料，其组成为：50～95mol％TeO₂、0～20mol％TiO₂、0～10mol％Al₂O₃、0～30mol％ZnO、1～10mol％Na₂O，1～10mol％Re₂O₃、0～3mol％M，其中Re为稀土元素，Re是Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Ho、Er、Tm、Yb的其中一种或多种；M为贵金属元素，M是Ag、Au、Cu的其中一种或多种。 

在本发明中，制备上述组分的碲酸盐发光膜材料，以碲醇盐为前驱体，如丙二醇碲、乙醇碲等，其热处理所得TeO₂具有较低的声子能；引入钛醇盐，铝、锌、钠、稀土元素以及贵金属元素的有机醇盐、硝酸盐、醋酸盐、卤化物的其中一种或多种。TiO₂、Al₂O₃、Na₂O等组分的引入有利于提高薄膜中网络结构的稳定性，Re₂O₃的引入可以实现荧光输出，ZnO、贵金属纳米晶体(如Ag、Au、Cu)组分的引入有利于增强荧光输出。以乙醇、丙醇、丁醇、丙二醇或乙二醇甲醚为溶剂，并引入聚乙烯吡咯烷酮或聚乙二醇以改善溶胶的粘度，引入N，N-二甲基甲酰胺或N，N-二甲基乙酰胺以防止稀土离子与聚乙烯吡咯烷酮或聚乙二醇络合产生沉淀。 

在本发明中，贵金属纳米晶增强的稀土离子掺杂碲酸盐发光膜材料制备方法如下：