[发明专利]一种上转换荧光粉及其制备方法和应用

说明书

本发明属于发光材料技术领域，具体涉及一种上转换荧光粉及其制备方法和应用。所述上转换荧光粉的化学表达式为NaLuF₄:0.1Yb/(0.5‑x)Er/xTm。该上转换荧光粉以NaLuF₄为基质、Tm³⁺为能量俘获中心，通过高掺Er³⁺、低掺Yb³⁺的方式，将Yb³⁺和Er³⁺同时作为敏化离子且Er³⁺作为激活离子，可以得到高纯度、高强度红色上转换发光。其中，通过高掺Er³⁺、低掺Yb³⁺的方式，将Yb³⁺和Er³⁺同时作为敏化离子，可以得到高纯度红色上转换发光；以Tm³⁺作为能量俘获中心，可以大幅提高Er³⁺的660nm红色上转换发光强度。该上转换荧光粉制备工艺简单，周期短，设备成本低，易于操作，无污染，适合大规模生产。所得上转换荧光粉在生物成像、太阳能电池、固体激光器、器件显示等领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及发光材料技术领域，具体来说，涉及一种发射高纯度、高强度红光的双离子敏化上转换荧光粉及其制备方法和应用。

背景技术

稀土掺杂上转换发光材料是指发射光的波长小于激发光波长的材料，其具有荧光寿命长、生物毒性低、化学稳定性高、光稳定性强等优点，在固体激光器、太阳能电池、防伪和生物成像等领域有广泛的应用前景。

在光的全波段范围内，生物组织对红光波段(600～700nm)和近红外波段(700-1100nm)的吸收(散射)小、透过率高，因而上述两个波段被誉为“光学窗口”。目前生物成像领域中，普遍采用“光学窗口”中980nm的近红外光来激发上转换发光材料，以此达到深度穿透和减小组织损伤的目的。然而，上转换发光材料被激发后通常表现出多个发射峰，要提高材料在生物成像中的应用效果，就必须尽可能地使材料的发射峰落入“光学窗口”范围内，而其发射光为高纯度红光为最佳。另外，目前太阳能电池对可见光的吸收效果较好，但对近红外光的吸收较弱，因此稀土掺杂上转换材料的高纯度红光在太阳能电池领域同样具有巨大应用前景。当前，上转换材料的发光效率低下，这大大限制其实际应用。因此，制备出发射高纯度、高强度红光的上转换材料，对其在生物成像、太阳能电池等领域的实际应用具有重要意义。传统的上转换材料都是以单一的Yb³⁺作为敏化离子，而这种方式很容易引发浓度猝灭效应。专利CN 105713612 A公开了一种红绿比大幅提高的上转换荧光粉及其制备方法，其通过高掺Er离子、低掺Tm离子，来大幅提高六方相NaLuF₄上转换荧光粉的红绿比，但其Er离子的掺杂浓度最高仅为20mol％，这对红绿比的提高十分有限，其最高的红绿比仅有49.3。因此，如何开发出一种发射高纯度、高强度红光的上转换材料成为当前发光材料技术领域的一大难题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处，本发明提供一种发射高纯度、高强度红光的双离子敏化上转换荧光粉，以解决现有上转换材料通常表现出多个发射峰、发光不纯以及强度不够等问题。

为实现上述目的，所采取的技术方案：