[发明专利]一种铒掺杂氧化镧钇发光材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Er³⁺掺杂发光材料及其制备方法，属于发光材料领域。

背景技术

稀土发光材料是绿色光源、显示技术、光通讯及激光器件等领域的基础应用材料，对国民经济、社会发展和国防建设具有重要战略意义。在众多稀土离子中，Er³⁺因可实现上转换发光和1.5~1.6μm近红外发射而成为了发光和激光领域的研究重点。而La³⁺由于不发光，通常被认为对材料的发光强度没有贡献。由于Er³⁺的²H_11/2/⁴S_3/2→⁴I_15/2跃迁使之可在红外辐射激发下实现绿色上转换，因此Er³⁺掺杂材料已被用于显示材料、上转换激光、温度传感器和肿瘤治疗等领域。同时，Er³⁺的⁴I_13/2→⁴I_15/2跃迁可实现1.5~1.6μm波段的输出，该波段对应于光纤和大气通信的低衰减和低色散窗口，且对视觉介质的辐射和透射率低，不易伤害视网膜，因而可应用于高精度测量、高速宽带通信和医学等领域。

Er³⁺掺杂发光材料对基质材料的选取有很高要求，在不同基质材料中Er³⁺的发光强度差别非常大。Y₂O₃晶体是T⁷_h型立方晶体，具有良好的热传导性、化学稳定性与机械强度、较低的声子能量（最高约600cm^-1）、宽的光学透明区域(0.2~8μm)以及易于实现稀土离子掺杂等优点。同时，由于Y₂O₃与Er₂O₃具有相同的晶体结构和晶格参数，Er³⁺极易取代Y³⁺的格位，有利于高浓度Er³⁺掺杂的实现。因此，Y₂O₃是Er³⁺的良好基质。目前，Er³⁺：Y₂O₃纳米发光材料已成为研究热点。

然而，由于Er³⁺的吸收截面低，这使得Er³⁺掺杂发光材料普遍存在上转换荧光和1.5~1.6μm波段近红外光强度不高的问题，制约了其进一步的推广应用。在以往的研究中，一般通过共掺其他敏化剂离子，利用能量传递过程来提高Er³⁺的发光强度。遗憾的是，根据Er³⁺的能级跃迁特点，该方法无法同时兼顾上转换发光和1.5~1.6μm波段发射。如，利用Yb³⁺作为Er³⁺的敏化剂时，尽管通过²F_5/2(Yb³⁺)＋⁴I_13/2(Er³⁺)→²F_7/2(Yb³⁺)＋⁴F_9/2(Er³⁺)等能量传递过程可提高Er³⁺的上转换发射强度，但上述过程将减小Er³⁺的⁴I_13/2能级粒子数。由于Er³⁺是通过⁴I_13/2→⁴I_15/2跃迁实现1.5~1.6μm波段的荧光发射，因此上能级⁴I_13/2粒子数的减小必然削弱Er³⁺的1.5~1.6μm波段发射。由此可见，Er³⁺上转换发射强度的增强将减弱其1.5~1.6μm波段发射强度；反之亦然。因此，对于Er³⁺掺杂材料，通常难以兼顾其上转换发光和1.5~1.6μm波段近红外荧光，如何同时提高二者的发射强度是材料工作者力图解决的科研难题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的全部或部分缺陷而提供一种铒掺杂氧化镧钇发光材料及其制备方法。