[发明专利]一种α-NaYF4单晶体的生长方法

说明书

技术领域

本发明涉及晶体生长，具体涉及一种立方相氟化钇钠(α-NaYF₄)单晶体的生长方法。

背景技术

NaYF₄是近几十年发现的一种优秀光学基质材料，它具有声子能量低、掺杂稀土离子发光效率高、可见与红外波段的透过率高、物化性能稳定等特点。在NaYF₄基质中掺入稀土离子，可以把NaYF₄的优良光学特性与稀土活性离子的特异性相结合，获得具有许多优异特性的新型材料。在常态下，它有立方相(α-NaYF₄)与六方相(β-NaYF₄)两种晶体结构。比如，以六方相β-NaYF₄为基质，Yb与Er共掺杂的β-NaYF₄材料是迄今为止上转换效率最高的上转换发光材料之一。因此NaYF₄在高灵敏的生物分子荧光、三位立体显示、红外探测、固体激光器、防伪等领域具有广泛的应用前景。

到目前为止，有关NaYF₄材料的报道都集中于微晶态材料，如公开号为CN102660287A的发明专利，则公开了一种六方相上转换NaYF₄纳米材料的制备方法，但由于纳米微晶粉末材料对光会产生强烈的散射，因此严重影响到器件的透过率，从而限制其广泛的应用。因此合成优质、透明的大尺寸NaYF₄单晶体具有重大的应用价值。

从NaF-YF₃的相平衡图(Inorganic Chemistry，1963，2(5)：1005～1012)中可以得出，所有含有α-NaYF₄的结晶区域，从熔体中开始析出α-NaYF₄单晶体的同时也析出其它固熔体物质，由于多种固相物质同时在熔体中析出，因此很难获得较大尺寸的α-NaYF₄单晶体；对于β-NaYF₄的结晶相区域，仅当NaF与YF₃的原始组分配比大约在(72-68mol％)：(28-32mol％)时，理论上才有可能结晶获得β-NaYF₄单晶体，因此从原始配料最多只有～25mol％能结晶出β-NaYF₄晶体，残留于熔体中的杂质严重影响晶体的长大与晶体的质量。因此到目前为止在国内外还未有α-NaYF₄与β-NaYF₄大尺寸单晶体的有效生长方法报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能生长出较大尺寸的α-NaYF₄单晶体的生长方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种α-NaYF₄单晶体的生长方法，包括下述步骤：

1、生长原料的制备与高温氟化处理：

将纯度大于99.99％的NaF、KF与YF₃按摩尔比1～2.40∶1∶2.24～3.40混合，置于碾磨器中，碾磨混合5～6h，得到均匀粉末；

将上述混合料置于铂金坩锅中，铂金坩锅安装于管式电阻炉的铂金管道中，然后用N₂气排除铂金管道中的空气，在温度780～800℃，通HF气下，反应处理1～5小时，反应处理结束，关闭HF气体与管式电阻炉，用N₂气清洗管道中残留的HF气体，所有经管道尾端的残余HF气体由NaOH溶液回收，最终得到多晶粉料；

2、晶体生长：

以KF作为助熔剂，采用密封坩锅下降法进行晶体生长，将上述多晶粉料置于碾磨器磨成粉末，然后置于Pt坩埚中并压实，密封Pt坩埚，密封就隔绝了空气和水汽，使得晶体生长过程中与空气和水汽隔绝，使生长的α-NaYF₄单晶体品质高；

将密封的Pt坩埚置于硅钼棒炉中，用坩埚下降法生长晶体，生长晶体的参数为：炉体温度为950～980℃，接种温度为820～860℃，固液界面的温度梯度为50～90℃/cm，坩锅下降速度为0.2～2.0mm/h，采用较大的温度梯度，便于控制晶体的生长，能得到较大和质量较高的α-NaYF₄单晶体；

3、晶体退火：

采用原位退火的方法，在晶体生长结束后，以20～80℃/h下降炉温至室温，得到α-NaYF₄单晶体。