[发明专利]一种亚微米级棒状钪酸钙基上转换发光材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于发光材料技术领域，具体涉及一类红外光激发的亚微米级棒状钪酸钙基上转换发光材料及其制备方法。

背景技术

稀土上转换发光材料是指材料吸收能量较低的光子却能够发出较高能量的光子的材料，或者也可以说是受到某种光激发时，材料可以发射比激发光波长短的荧光材料。该类荧光材料由于具有较高的光转换效率，而在很多方面都有很好的应用前景，特别是在数据存储传输、光显示、红外探测、荧光防伪、荧光探针、生物传感器、生物成像和太阳能电池等领域。

稀土上转换发光材料根据基质组分的不同，可分为氟化物、卤氧化物、硫化物和氧化物、钪酸钙等。这些基质材料中，氟化物是目前公认的转换效率最高的基质材料。它具有较低的声子能量，减小了由于多光子弛豫造成的无辐射跃迁损失，从而导致较高的上转换发光效率。但是它的化学稳定性差，制作条件苛刻，不易控制，难以集成等缺点也非常突出，从而在一定程度上限制了它的应用。而氧化物虽然比氟化物声子能量高，但它的制备工艺简单，环境条件要求较低，稀土离子的溶解度高，机械强度和化学稳定性好。因此，氧化物是应用的最广泛的基质材料。但是，以氧化物为基质材料的上转换发光材料的上转换效率略低。

近几年来，钪酸钙基稀土上转换发光材料由于具有较高的光转换效率而在发光材料领域备受关注。已报道的有：CaSc₂O₄: Ce³⁺，蓝光激发可以产生强的黄绿光、CaSc₂O₄: Eu³⁺，可以获得红光发射、CaSc₂O₄: Tb³⁺，在254 nm 激发下可以获得蓝光和绿光。上述钪酸钙基稀土上转换发光材料的光转换效率高。但是，它们主要是利用高温固相反应制得的，温度需要达到1500℃，才能够形成纯相CaSc₂O₄。因为温度≤1000℃不会形成CaSc₂O₄相，而在温度达到1200℃时，能够形成CaSc₂O₄与Sc₂O₃杂相，只有在温度达到1500℃时，才能形成纯相CaSc₂O₄。而当温度达到1500℃时，会由于温度过高导致制得的上转换发光材料是大量球状体粘连在一起的块状体，尺寸大，分散性很差。同时，由于激活剂浓度分布不均匀，还会影响其发光效率。

发明内容

本发明为解决现有技术中钪酸钙基稀土上转换发光材料尺寸大及分散性差的技术问题，而提供一种形貌规则，分散性好，尺寸较小，发光性能良好的亚微米级棒状钪酸钙基上转换发光材料及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

本发明提供的一种亚微米级棒状钪酸钙基上转换发光材料，该上转换发光材料是具有以下化学式的化合物：CaSc_2(1-x-y)O₄：M³⁺_2x，Yb³⁺_2y；

其中，M为稀土元素Ho、Er、Tm中的一种或几种；x，y为元素摩尔分数，其取值范围为：0.0001≤ x ≤ 0.10，0.0001 ≤y ≤ 0.20。

上述技术方案中，所述的上转换发光材料为正交晶系，具有CaFe₂O₄结构。

上述技术方案中，所述的上转换发光材料的直径为30 ~200nm，长度为100 ~700nm。

本发明提供的一种亚微米级棒状钪酸钙基上转换发光材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：