[发明专利]多稀土离子掺杂上、下转紫外发光玻璃陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及固体发光材料领域，尤其是涉及一种能够同时实现上、下转换紫外发光的稀土掺杂玻璃陶瓷及其制备方法。

背景技术

近年来，由于紫外激光在高密度光学数据存储、光显示器和红外传感器、生物医学等领域具有重要的应用前景，其获得方法引起材料科学家的广发关注。通过上转换发光材料将长波激光转换为短波激光是一种有效的获得短波激光的方法。上转换发光也称为频率上转换发光，是一种通过多光子吸收产生辐射跃迁的过程，辐射的光子能量通常比泵浦光子的能量高。稀土离子掺杂是常用的获得上转发光材料的方法之一。元素周期表中从镧(La)到镥(Lu)共15个元素，也就是所谓的镧系元素(Ln)，加上同族(III3)的钪(Sc)和钇(Y)，总共17个元素，统称为稀土元素(RE)。在固体材料中，稀土离子通常为三价，其电子构型为4fn5s26p6，它的发光特性主要取决于离子4f壳层电子的性质(Sc和Y除外)。稀土离子表现出不同的电子跃迁形式和极其丰富的能级跃迁，随着4f壳层电子数的变化，能级之间的可能跃迁数目高达199177个，可观察到的谱线达30000多条，如果再涉及4f-5d的能级跃迁，则跃迁数目更多。因而，稀土离子的发射光谱范围非常宽，可布满从紫外到红外区域。而其紫外发光波段通常发生在4f-5d跃迁，在某些三价稀土离子如Ce³⁺、pr³⁺、Tb³⁺、Eu³⁺和一些二价的稀土离子如Sm²⁺、Dy²⁺、Tm²⁺、Yb²⁺等中均可观察到紫外波段的4f-5d跃迁。如Y.Ohishi等人在Tb³⁺/Yb³⁺共掺的含氟化钙纳米晶透明玻璃陶瓷中观察到紫外上转换发光，它是通过两个Yb³⁺离子共合作能量传递给Tb³⁺离子来实现上转换【L.Huang，T.Yamashita，R.Jose，R.Arai，T.Suzuki and Y.Ohishi，App.Phys.Lett.90，131116(2007)】。

下转发光是通过吸收高能量的光子，辐射出较低能量的光子。目前人们研究的下转发光材料通常为将紫外光甚至X光等短波、超短波射线下转至可见光范围，从而实现成像观察等目的。

然而，迄今为之，还没有能够同时实现红外光、可见光的上转换和短波辐射的下转换并且发出近紫外光的玻璃陶瓷。

发明内容：

本发明要解决的技术问题

本发明要解决的问题在于提供一种稀土离子掺杂的玻璃陶瓷及其制备方法，该玻璃陶瓷可同时实现红外光、可见光的上转换和短波辐射的下转换，获得处于近紫外区的紫外光。

本发明技术问题的解决方案是：

1、一种多稀土离子掺杂的上、下转换紫外发光玻璃陶瓷，所述玻璃陶瓷为掺杂有至少4种稀土离子，优选至少5种稀土离子的氟硅酸盐玻璃陶瓷，其中所述稀土离子以氧化物计的摩尔含量为整个玻璃陶瓷总量的1％至20％，优选1％至15％，所述玻璃陶瓷可将红外光、可见光上转换为紫外光，同时将波长为320nm以下的短波辐射下转换为紫外光，所述上转换紫外光和下转换紫外光均处于近紫外区。

2、根据1所述的玻璃陶瓷，其中所述上转换紫外光和下转换紫外光的发射谱峰值在340至380nm的范围内。

3、根据1-2中任一项所述的玻璃陶瓷，其中所述上转换紫外光和下转换紫外光的发射谱峰值波长之差小于等于30nm，优选小于等于25nm，更优选小于等于15nm。

4、根据1-3中任一项所述的玻璃陶瓷，其中所述稀土离子选自：La³⁺、Y³⁺、Ce⁴⁺、Eu³⁺、Tb⁴⁺、Tb³⁺、Tm³⁺、Ho³⁺、Yb³⁺。

5、根据1-4中任一项所述的玻璃陶瓷，其中所述氟硅酸盐玻璃陶瓷的基体材料为Ca、Si、Al系氟氧化物，所述Ca、Si、Al系氟氧化物以摩尔百分比计的组成为：40-70％的SiO₂，5-35％的CaF₂，5-30％的Al₂O₃和0-15％的CaCO₃。