[发明专利]红外非相干LED激发的上转换NaLuF4

说明书

本发明公开了一种红外非相干LED激发的上转换NaLuF₄玻璃陶瓷及其制备方法。该玻璃陶瓷在玻璃基体中均匀镶嵌了六方相NaLuF₄纳米晶颗粒。本发明的玻璃陶瓷中玻璃组分与百分含量(mol％)为：50‑75mol％SiO₂；1‑15mol％Al₂O₃；5‑30mol％Na₂O；5‑25mol％NaF；5‑15mol％LuF₃；0.01‑2mol％YbF₃；0.001‑2mol％ReF₃(Re＝Er,Tm,Ho)。上述玻璃陶瓷采用熔体冷却法和后续晶化热处理制备。本发明的玻璃陶瓷可在红外非相干LED芯片激发下实现稀土离子的上转换发射，可开发应用于构建红外芯片激发的上转换发光玻璃陶瓷。

技术领域

本发明涉及固体发光领域，尤其是涉及一种可用于红外非相干LED芯片激发上转换发射的Yb³⁺,Re³⁺(Re＝Er,Tm,Ho):β-NaLuF₄六方相NaLuF₄透明玻璃陶瓷及其制备方法。

背景技术

近年来，稀土离子掺杂的上转换发光材料由于在三维显示、固态激光、生物标记、光热理疗、温度传感和太阳电池等领域具有广阔的应用前景而受到广泛关注。其中，基质材料的选择和结构控制是实现高效上转换发光的关键因素之一。声子能量相对较小和物理化学性质稳定的氟化物，同时还具有较高的稀土固溶度，是具有广阔应用前景的优质上转换基质材料，因而被科学界广泛关注和研究。尤其是NaLnF₄(Ln＝Gd,Y,Lu)，已被认为是最有效的上转换基质材料之一。研究发现，β-NaLuF₄具有优越的上转换发光特性，性能甚至超越了β-NaYF₄。

通常情况下，实现稀土离子的上转换发光，连续或脉冲相干红外激光是必备条件。然而，由于红外激光是肉眼不可见的，因而在使用方面存在一定的辐射风险。据此，我们提出了利用红外非相干LED芯片作为激发光源，实现稀土离子的上转换发射。相比于相干激光来说，非相干LED芯片通常具有较低的发射强度，因此对于发光材料的发光性能要求较高。

玻璃陶瓷，是一种在玻璃基体中析出纳米晶的复合材料，它综合了晶体与玻璃材料的优点，具有与晶体相近甚至更好的光学性能，而又有玻璃材料良好的热稳定性和物理化学稳定性。同时，玻璃陶瓷作为一种块体材料，又具有透明度高、制备简单、成本低廉和易于加工成型等优点。其中，稀土离子掺杂氟氧化物玻璃陶瓷，是指在氧化物玻璃基体中析出氟化物纳米晶，它同时具有氧化物玻璃的稳定性和氟化物的低声子能量，又具有较高的稀土固溶度，可实现高效的上转换发光。

综上所述，本发明提出一种基于新的组分配方的玻璃陶瓷及其制备方法，透明度高，可通过红外非相干LED激发实现其高效上转换发光。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种玻璃基体，一种六方相NaLuF₄透明玻璃陶瓷，以及一种可用红外非相干LED芯片激发实现上转换发射的玻璃陶瓷。本发明六方相NaLuF₄透明玻璃陶瓷的材料组分独特，透明度高，可作为优异的稀土掺杂的上转换发光材料。通过熔融冷却法及后续热处理过程，得到可控的透明六方相NaLuF₄玻璃陶瓷。以Yb和Er (Ho或Tm)离子掺杂的六方相NaLuF₄玻璃陶瓷为例，在中心波长为940 纳米波长的红外非相干LED芯片的激发下，样品表现为明亮的绿色(绿色或蓝色)。

本发明通过如下技术方案实现：