[发明专利]一种基于Yb-Mn二聚体的上转换发光纳米玻璃陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于Yb‑Mn二聚体的上转换发光纳米玻璃陶瓷材料及其制备方法，特点是其摩尔百分比组成包括：SiO₂ 40%，Al₂O₃ 20%，Ga₂O₃ 10%，LiF 15%，YF₃ 15%，掺杂剂含锰化合物的摩尔浓度为0~1.5%，含镱化合物的摩尔浓度为0~1%，SnO掺杂摩尔浓度为0.5%，其制备方法以双晶相纳米玻璃陶瓷为基质材料，采用熔融‑淬冷‑退火‑热处理法制备出Yb³⁺‑Mn²⁺二聚体上转换发光双相纳米玻璃陶瓷材料，优点是通过改变Mn²⁺的掺杂含量和热处理温度，可实现450 nm至750 nm的宽发射带发射，同时该材料具有很较高的机械强度、良好的化学稳定性和较高的透明度。

技术领域

本发明涉及一种纳米玻璃陶瓷复合材料，尤其是涉及一种基于聚集耦合作用形成的Yb-Mn二聚体上转换发光纳米玻璃陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

近年来，上转换发光材料由于在太阳能电池、生物荧光标记、三维显示和防伪等领域展现出广阔的应用前景，已成为当前发光领域的前沿和热点之一。当前该类材料中的激活中心主要依赖于稀土离子。然而，稀土离子固有的窄带发射、发射峰固定以及多峰发射特性在一定程度上限制了掺稀土上转换发光材料的发展。寻找新型不含稀土的高效上转换材料显得尤为重要。与稀土离子相比，过渡金属离子具有宽带可调谐发射特性。其中二价锰离子Mn²⁺一直以来因其突出的发光优势更是被广泛地应用于照明与显示领域。利用Yb³⁺/Mn²⁺共掺于同一材料中获得室温可见上转换发光是近几年来报道的一种新的上转换发光现象。2013年华南理工大学张勤远教授在《钙钛矿KZnF₃:Yb³⁺/Mn²⁺的温度依赖可调上转换发光》(Temperature-tunable upconversion luminescence of perovskite nanocrystalsKZnF₃:Yb³⁺/Mn²⁺，Advanced Optical Materials. 2013; 1: 4209-4215)一文中首次报道了Mn²⁺位于585 nm上转换宽带发光，并提出在该体系中Mn²⁺与Yb³⁺通过聚集耦合作用形成了某种特殊的发光中心——Yb³⁺-Mn²⁺二聚体。这种发光中心既能够高效地吸收商用980 nm LD泵浦光，同时又可呈现Mn²⁺的特征发射，最终获得宽带、峰位可调谐的室温上转换发光，有望弥补稀土离子的光谱不足，拓宽上转换发光材料的应用范围。然而，目前能够实现Yb³⁺-Mn²⁺二聚体室温上转换发光的体系还不多且几乎都集中在粉体或纳米材料中，在其它材料，如透明光学材料中的研究鲜有开展，有必要拓展其基质种类。

玻璃陶瓷，又称微晶玻璃，是通过控制基础玻璃成核和析晶而获得的由纳米晶相与玻璃相组成的一类复合材料。这类材料既具有纳米晶体相近甚至更优异的发光性能，又有类似于玻璃相的良好机械强度和化学稳定性。与透明单晶和陶瓷相比，其制备技术简单、成本低廉、易于加工，且掺杂的发光离子可优先富集于纳米晶相中，降低无辐射弛豫几率，从而提高发光效率。此外，相比于纳米粉体材料，透明玻璃陶瓷拥有耐高温、耐湿热、坚固耐用、光稳定性好以及更环保等突出的优势。因此，透明玻璃陶瓷未来极有可能替代传统玻璃、粉体、陶瓷等材料，成为先进光功能领域最有应用价值的基质材料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能实现Yb³⁺-Mn²⁺聚集耦合作用的室温上转换宽带、可调谐发光的上转换发光纳米玻璃陶瓷材料及其制备方法，该制备方法集简便、高效和节能于一体。