[发明专利]一种钙离子掺杂增强上转换红光发射材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种钙离子掺杂增强上转换红光发射材料及其制备方法，属于上转换荧光材料技术领域。材料结构式为Ba_2‑xCa_x(Sc_0.67Yb_0.3Er_0.03)AlO₅，0x≤0.5。制备方法为高温固相法：按照一定比例称取碳酸钡、碳酸钙、氧化钪、氧化镱、氧化铒和氢氧化铝作为原料，加入无水乙醇中，充分搅拌后烘干，再压制成片，在氢炉中1600～1700℃烧结。本发明通过调控钙离子的掺杂浓度来提高基质材料中稀土离子的敏化和发射能力，使其发射出更强红光，对比于未掺杂钙离子的材料，Ba₂(Sc_0.67Yb_0.3Er_0.03)AlO₅材料所激发的662nm红光的发光相对强度高出约20.3倍。

技术领域

本发明属于发光材料技术领域，具体涉及一种钙离子掺杂增强上转换红光发射材料及其制备方法。

背景技术

随着激光技术和纳米技术的发展，稀土掺杂的上转换材料在三维立体显示，太阳能电池，生物成像和生物治疗等方面有着不可估量的潜在价值。在上转换纳米材料的研究中，稀土掺杂纳米晶体材料的应用是最为广泛。相对于有机染料的不稳定性、高光漂白率，量子点材料的微毒性、非特异性结合干扰等缺点，稀土掺杂的上转换荧光材料具有极高的光学稳定性、低生物毒性和低光漂白率等优势，以致于近些年来稀土掺杂上转换材料在生物医学领域的研究渐入热潮。

稀土掺杂上转换纳米材料的发光光谱极其丰富，但是存在一些高能的上转换光子，这些光子对生物细胞或多或少地会造成一定的影响。为了能够获得最佳的生物荧光标记及生物成像，需要将稀土离子掺杂的上转换材料的光谱限制在“生物窗口”(600～1000nm)内，并且期望得到强发射的荧光。本课题组的大量实验证明，可以利用980nm激光器照射稀土掺杂的钪铝酸钡[Ba₂(Sc_0.67Yb_0.3Er_0.03)AlO₅]能够获得662nm的较强红光。因此我们认为该种上转换荧光材料能够在生物探针、生物治疗和生物成像等方面取得应用。

常见的钪铝酸盐制备手段主要有高温固相法，共沉淀法、溶胶凝胶法等。上转换发光材料的制备方法与其大致相同，其中高温固相法是将碳酸钡、氧化钪、氧化铝等原料进行机械搅拌，烘干，粉末压制成片状，再经高温煅烧得到所需要的产物。这种方法因其工艺简单、可控性高、合成周期短等优势在各领域得到广泛使用。

为进一步调控和增强Ba₂(Sc_0.67Yb_0.3Er_0.03)AlO₅上转换材料的红光发射，本发明同样利用高温固相法，提出掺入一定比例的钙离子的[Ba_2-xCa_x(Sc_0.67Yb_0.3Er_0.03)AlO₅]钪铝酸钡化合物，在980nm近红外激光照射下，该材料发射出比Ba₂(Sc_0.67Yb_0.3Er_0.03)AlO₅更强的红光(662nm)，为上转换荧光材料在生物医学上的应用提供一种新的材料。

发明内容

本发明针对上述现有技术中上转换发光材料的红光发射效率低等技术问题，本发明提出了一种钙离子掺杂上转换强红光发射材料及其制备方法，通过调控钙离子的掺杂浓度来提高基质材料中稀土离子的敏化和发射能力，使其发射出更强红光。

本发明所采用的技术方案如下：