[发明专利]一种尖晶石基颜色可调控的上转换发光材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种尖晶石基颜色可调控的上转换发光材料及其制备方法和应用。所述上转换发光材料Zn(Al_xGa_1‑x)₂O₄:Yb³⁺,Tm³⁺,Er³⁺都具有良好的发光强度，同时，掺杂进Al³⁺离子后，材料的发光强度及上转换效率得到了提高，而且，通过控制Al³⁺离子的掺杂量，可以直接对材料的发光颜色进行调控。随Al³⁺离子的掺杂量的增加，制备所得的材料发光先出现蓝移，随后，Al³⁺离子的掺杂量继续增加时，制备所得的材料发光发生红移。这种有规律可控的多色上转换发光材料可用于荧光漆、发光染料等显色领域，扩大了现有发光材料的显色范围，提高了显色的可调控性。

技术领域

本发明属于材料科学技术领域，具体涉及颜色可调控的上转换发光材料，特别涉及一种以Zn(Al_xGa_1-x)₂O₄为基体，以Yb³⁺,Tm³⁺,Er³⁺为掺杂离子的上转换发光复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

上转换发光是一个叠加两个或两个以上的长波长光子，将其转化为短波长光子的过程。上转换过程的一个显著特点是吸收的光子能量远远低于所发射的光子能量，因此也被称为反斯托克斯发光。一般来说，研究最多的上转换发光是指在近红外或红外光激发下，产生可见光或紫外光的光致发光。其中，稀土离子掺杂的上转换发光由于具备光谱谱宽窄、发光颜色纯度高、转换效率高、发射区宽、荧光寿命长等优异的发光性能，已成为目前发光材料领域研究的重点。

常用于上转换发光材料掺杂的稀土离子主要有三价镱离子(Yb³⁺)、三价铒离子(Er³⁺)、三价铥离子(Tm³⁺)、三价钬离子(Ho³⁺)等等。其中，Yb³⁺能级简单，能量吸收率高，通常被用做敏化剂。而Er³⁺、Tm³⁺、Ho³⁺等能级丰富，荧光寿命长，发光谱线窄，被用做激活剂。稀土离子激发的上转换发光过程，一般就是通过激发态吸收过程，以及敏化剂和激活剂离子之间的能量传递过程和“光子雪崩”过程实现的。

ZnGa₂O₄及ZnAl₂O₄都属于典型尖晶石结构(AB₂O₄)的复合氧化物。晶胞中含有64个四面体位点，32个八面体位点和32个氧原子。通常，阳离子A占据了8个四面体位置，阳离子B占据了16个八面体位置，这意味着晶胞中还有许多空位存在，有利于掺杂离子的进入。而且研究发现，ZnGa₂O₄和ZnAl₂O₄都可以在没有任何掺杂的情况下产生蓝光发射，同时在掺杂不同的稀土离子时，会产生包括红、绿、黄等不同颜色的发光，比如：ZnGa₂O₄:Er³⁺会产生绿色发光，ZnGa₂O₄:Eu³⁺会产生红色发光，ZnAl₂O₄:Dy³⁺会产生黄色发光等等。

此外，当发光材料应用于荧光漆、发光染料等情况下时，通常需要多种颜色的发光以丰富荧光漆及发光染料等的多样性，更好地满足生产、应用需求。一般来说，一种发光材料最终只能呈现出一种颜色的发光，不同颜色的发光需要通过选择不同的基体材料或者掺杂不同的稀土离子来实现。因此如能提供一种发光材料，仅通过改变原料成分即可实现规律可控的多色荧光，势必能拓展其生产及应用需求。

发明内容