[发明专利]一种稀土掺杂的微纳米级发光基质材料K2NaScF6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，具体涉及一种稀土掺杂的微纳米级的上转换和下转换发光基质材料K₂NaScF₆及其制备方法。

背景技术

稀土掺杂的微纳米发光材料所具备的优异发光性质使其在基础科学研究中具有重要的地位，按照其发光方式的不同，可将其分为两类：稀土上转换发光材料是指吸收多个能量较低的光子而发出能量较高光子的材料；稀土下转换发光材料是指吸收一个能量较高的光子发出多个能量较低光子的材料。一种好的发光基质材料应该有高的转化效率，长的荧光寿命，多种颜色发射，同时适用于上转换和下转换激发方式等优点，因此在很多方面都有很好的应用前景，特别是在数据储存传输、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。

稀土掺杂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之一。它具有的较低的声子能量，宽的光透过性，不易潮解等优点而成为了稀土离子掺杂的首选基质材料。目前稀土掺杂的氟化物发光基质材料主要是以Y、Lu、Gd、Yb等稀土元素为主的NaReF₄，以Sc元素为基质的Na_xScF_3+x在2012年被首次报道(JOURNAL OF AMERICAN CHEMICAL SOCIETY,2012,134,8340-8343)。而K₂NaScF₆作为发光基质材料首次在文献(JOURNAL ALLOYS AND COMPOUNDS,2004,374,133-136)中报道，在这篇文献中，作者得到的发光材料K₂NaScF₆:Er³⁺,V³⁺的上转换发光效率低，如文中所述的Er³⁺离子的所有光谱均在极低温15K的条件下才能测量，严重限制了在实际中的应用。此后，该材料的发光性质研究再没有相关文献报道。

本发明将提供一种以Sc元素为主的微纳米级的新型发光基质材料K₂NaScF₆及其制备方法。与目前常规稀土掺杂氟化物的制备方法不同的是：我们在材料的反应液中，同时添加钠盐和钾盐可以得到的微纳米级的发光基质材料K₂NaScF₆。该方法获得的K₂NaScF₆具有形貌规则，分散性好，尺寸在7～60nm范围内可控等优点，并且可以通过选择表面活性剂的种类来调节微纳米晶的水(醇)溶性和油溶性。三价Sc³⁺离子的半径与多数稀土离子的半径相近，电荷相同，使得K₂NaScF₆作为发光基质材料具有优良的掺杂性能，其中三价Sc³⁺离子可以被三价Yb³⁺、Er³⁺、Tm³⁺、Eu³⁺、Tb³⁺、Ce³⁺、Ho³⁺等稀土离子替换，从而得到室温下即具有优异光学性能的微纳米级的稀土掺杂发光材料，也为稀土高效率发光材料宝库中增添了新的成员。

发明内容

本发明的目的在于提供一种形貌规则、分散性好、尺寸在7～60nm内可控、发光性能良好的稀土掺杂的微纳米级发光基质材料K₂NaScF₆及其制备方法。

本发明所述的稀土掺杂的微纳米级发光基质材料K₂NaScF₆，其化学式为K₂NaSc_(1-x-y)F₆:xM,yN，其中M是发光中心离子，选自Er³⁺、Tm³⁺、Ho³⁺、Tb³⁺、Eu³⁺中的一种或几种；N是敏化离子，选自Yb³⁺、Ce³⁺中的一种或者两种，x、y分别为发光中心离子和敏化离子的摩尔分数，1-x-y为Sc的摩尔分数，0.005≤x≤0.1，0≤y≤0.3。

上述技术方案中，所述的稀土掺杂的微纳米级发光基质材料K₂NaScF₆为直径7～60nm的纳米晶。