[发明专利]一种氟化物/氟氧化物荧光玻璃陶瓷及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种氟化物/氟氧化物纳米晶复合荧光玻璃陶瓷材料及其制备方法和应用，该荧光玻璃陶瓷由介孔硅基材料和氟化物/氟氧化物荧光纳米晶体组成。本发明不仅有效保留了氟化物/氟氧化物纳米晶的发光性能，同时由于其制备工艺简单、热稳定性好、荧光寿命长，在彩色显示器、传感器、激光器和光纤放大器等方面有很大的应用潜力。

技术领域

本发明属于荧光玻璃陶瓷材料领域，特别涉及一种氟化物/氟氧化物荧光玻璃陶瓷及其制备方法和应用。

背景技术

荧光玻璃陶瓷是一种新型发光材料，又称为微晶玻璃。它不仅具有非晶相基质，还有晶相共存，与传统的玻璃材料相比，经热处理工艺得到的复合材料既具备了玻璃的特点，例如硬度大、机械强度高、化学稳定性好、耐磨性优异、介电常数稳定，同时具备陶瓷相晶体热导率高、可掺杂发光离子的优点。因此它既可以作为结构材料，又可作为功能材料，在能源、化工、生物医学、汽车、建筑装饰等领域逐渐获得广泛应用。

目前，稀土掺杂的氟化物/氟氧化物纳米晶因具备声子能低、发光效率高和荧光寿命长等优点一直是荧光材料的研究热点，然而较差的热稳定性限制了其在光学器件领域中的应用。玻璃材料因热导率高、透明度好、化学稳定性高等优点是纳米晶材料理想的基质材料，制备纳米晶复合荧光玻璃陶瓷复合材料的研究思路受到研究者们的广泛青睐。NataliaPawlik等人在文献(J.Euro.Ceram.Soc.,2019,39(15):5010-5017)中阐述了一种长荧光寿命的YF₃:Eu³⁺复合玻璃陶瓷的制备方法。然而，在传统制备过程中，氟化物纳米晶复合荧光玻璃陶瓷的稀土离子活性发光中心无法牢固、有效地占据氟化物晶格位点，易形成缺陷，导致其荧光发射强度降低，荧光寿命减短，难以满足实际应用需求。因此，开发一种具有发光强度高，荧光寿命长的荧光玻璃陶瓷十分迫切与必要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种氟化物/氟氧化物纳米晶复合荧光玻璃陶瓷材料及其制备方法和应用，通过降低烧结温度、缩短制备时间、提高基体稳定性等方法，最大限度地将稀土离子稳定在氟化物/氟氧化物晶格位点上，在保留氟化物/氟氧化物纳米晶原始荧光性能的同时延长其荧光寿命、提高其热稳定性。

本发明提供了一种氟化物/氟氧化物纳米晶复合荧光玻璃陶瓷材料，所述材料按重量百分比，由95～99％的介孔硅基材料和1～5％的氟化物/氟氧化物荧光纳米晶体混合后烧结制得。

所述介孔硅基材料为SBA系列、FDU系列、ZSM系列、MCM系列中的一种。

所述氟化物荧光纳米晶体为稀土元素掺杂的LaF₃、YF₃、Ba₂YbF₇、NaLuF₄或NaGdF₄；其中，所述稀土元素为Eu、La、Er、Yb、Tm或Ho，稀土元素掺杂比例(摩尔百分比)为1-5％。

所述氟氧化物荧光纳米晶体为稀土元素掺杂的YOF；其中，所述稀土元素为Eu、La、Er、Yb、Tm或Ho，稀土元素掺杂比例(摩尔百分比)为1-5％。

所述氟化物/氟氧化物荧光纳米晶体的平均晶粒尺寸为10～100nm。

本发明还提供了一种氟化物/氟氧化物纳米晶复合荧光玻璃陶瓷材料的制备方法，包括：

按重量百分比，将95～99％的硅基介孔粉体和1～5％的氟化物/氟氧化物荧光纳米晶体均匀混合，得到复合粉体；将复合粉体装入石墨模具，置于放电等离子体烧结炉腔中，真空环境下烧结得到复合玻璃陶瓷；冷却后进行打磨、抛光，即可得到氟化物/氟氧化物纳米晶复合荧光玻璃陶瓷材料。

所述烧结压力为50～100MPa，烧结时间为5-10min，升温速率为50～150℃/min，烧结温度为950℃～1050℃，保温时间为1～3min。