[发明专利]一种纳米级类球状氧化钪基上转换发光材料及其制备方法

说明书

本发明属于发光材料技术领域，涉及一种纳米级类球状氧化钪基上转换发光材料及其制备方法。解决现有氧化钪稀土上转换发光材料制备温度高，尺寸大及分散性差的技术问题。本发明的纳米级类球状氧化钪基上转换发光材料为Sc_2(1‑x‑y)O₃：M³⁺_2x，Yb³⁺_2y；其中，M为稀土元素Ho、Er、Tm中的一种；x，y为元素摩尔分数，其取值范围为：0.0001≤x≤0.10，0.0001≤y≤0.20；其平均直径为10～30nm。与传统方法制备的氧化钪基上转换发光材料相比，其颗粒小，形貌规则，分散性好；在980nm波长的红外光激发下可观察到明亮的400～850nm的可见光。与采用传统高温固相法制备的氧化钪基上转换发光材料相比，尺寸更小发光更好。与利用有机碱溶液调制采用水热方法制备的样品相比，发光亮度进一步提高10倍。

技术领域

本发明属于发光材料技术领域，具体涉及一种纳米级类球状氧化钪基上转换发光材料及其制备方法。

背景技术

稀土上转换发光是一种独特的非线性光学现象。稀土上转换发光材料是指吸收能量较低的光子却能够发出较高能量的光子的材料。该类材料由于特有的光学性质，而在很多方面都有很好的应用前景，特别是在非光学器件、光显示、红外探测、荧光防伪、荧光探针、生物传感器、生物成像、太阳能电池以及光催化等领域。

与传统荧光探针(有机染料和量子点等)相比，稀土掺杂的上转换发光纳米材料具有化学稳定性好、发光色纯度高、毒性低和Stokes位移大等优点。同时，长波-近红外光(800-1300nm)激发条件下，穿透深度较紫外、可见光具有较大优势，可以避免生物样品光散射以及自发荧光的干扰，从而使检测背景降低，信噪比提高。但是上转换发光为多光子过程，发光中心稀土离子的吸收截面积小，为禁戒f-f电偶极跃迁以及纳米晶表面存在大量猝灭中心等内在缺陷造成上转换发光效率低、强度弱，制约了此类材料的现实应用。人们希望通过优选基质，离子共掺杂等方法提高荧光强度。

稀土上转换发光材料根据基质组分的不同，可分为氟化物、氧化物、卤氧化物和硫化物等。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。它具有较低的声子能量，减小了由于多光子弛豫造成的无辐射跃迁能量损失，从而导致较高的上转换发光效率。但是它的化学稳定性差，制作条件苛刻，不易控制，难以集成等缺点也非常突出，从而在一定程度上限制了它的应用。而氧化物虽然比氟化物声子能量略高，但它的制备工艺简单，环境条件要求较低，稀土离子的溶解度高，机械强度和化学稳定性好。因此，氧化物是应用很广泛的基质材料。但是，以氧化物为基质材料的上转换发光材料的上转换效率略低。