[发明专利]一种稀土共掺铋系层状半导体绿色上转换发光材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种稀土共掺铋系层状半导体绿色上转换发光材料及其制备方法，属于稀土发光材料领域。本发所述上转换发光材料的化学通式为：Bi_1‑x‑yYb_xTb_yOM，其中，x＝0.01～0.1，y＝0.01～0.05；M为元素F、Cl、Br中的一种，可以采用液相法或者固相法制备。本发明所述方法制备的上转换发光材料物理化学性质稳定，合成方法简单易操作、成本低、发光性能良好，在3D显示、照明、荧光标记、固态激光、生物医学及光电多功能器件方面具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种稀土共掺铋系层状半导体绿色上转换发光材料及其制备方法，属于稀土发光材料领域。

背景技术

上转换发光是将近红外光转化为可见光的一个反斯托克斯过程，通过一个长寿命的中间态连续吸收两个或两个以上的低能光子，最终发射出一个高能光子。近年来，各种不同稀土掺杂的上转换材料被广泛研究，并因其在3D显示、照明、荧光标记、固态激光、生物医学等领域具有广泛的应用前景而受到越来越多的关注。截止目前为止，人们对980nm近红外激光激发下Yb³⁺/Er³⁺、Yb³⁺/Ho³⁺、 Yb³⁺/Tm³⁺共掺的上转换材料进行了大量的研究。相比Er³⁺、Ho³⁺和Tm³⁺，Tb³⁺也是上转换发光的另一个很好候选者，因为它可以同时展现出紫外、蓝光、绿光、黄光和红光发射。然而，人们对Yb³⁺/Tb³⁺共掺的上转换材料研究相对较少。这是因为Tb³⁺离子没有能够连续接收Yb³⁺能量传递的中间能级，需要共合作能量传递过程来激发，即两个激发态的Yb³⁺离子同时传递能量给未激发的Tb³⁺离子。这导致大多数Yb³⁺/Tb³⁺共掺上转换材料发光效率较低；因此，开发新型具有较高发光效率的Yb³⁺/Tb³⁺共掺上转换材料具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种稀土共掺铋系层状半导体绿色上转换发光材料，该发光材料的化学通式为：Bi_1-x-yYb_xTb_yOM，其中，x＝0.01～0.1，y＝0.01～0.05； M为元素F、Cl、Br中的一种，Yb离子作为敏化剂，该材料制备工艺简单且成本低，具有良好的发光性能。

本发明所述稀土共掺铋系层状半导体绿色上转换发光材料可以采用液相方法制备，具体包括以下步骤：

(1)按照化学计量比分别称量高纯Bi(NO₃)·5H₂O、卤化物、Yb₂O₃、Tb₄O₇原料，各原料的纯度均大于等于99.5％，将Yb₂O₃、Tb₄O₇溶于浓硝酸(市售分析纯)中，蒸干制得稀土硝酸盐。

(2)将Bi(NO₃)·5H₂O、卤化物和稀土硝酸盐溶于75mL去离子水中(去离子水的量要使固体能够完全溶解)，室温下搅拌混合均匀，调节pH值至6～8；然后转入100mL内衬聚四氟乙烯的不锈钢高压反应釜中，使反应釜的填充体积为80％；随后置于电热恒温烘箱中在120～160℃条件下反应4～24h；待冷却到室温，离心，用去离子水和无水乙醇洗涤所收集的反应沉淀物数次，于60～80℃空气气氛中干燥处理。