一种增强型频率转换发光材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种增强型频率转换发光材料的制备方法，属于频率转换发光材料技术领域。将AyOx、ZFx、RyOx和LnyDx的粉末充分混合制得的含稀土离子透明微晶玻璃进行预处理，然后在其表面涂覆导电银胶或制备金属镀膜，然后将其中一个表面或者两个表面同时作为阳极，在200～400℃和300～800V条件下进行电场辅助热扩散10min～5h；最后在低于玻璃转变温度以下50～250℃范围内热处理0.5～48h，使微晶玻璃中析出贵金属纳米颗粒，得到增强型频率转换发光材料。该方法可以避免两种晶体材料在析出过程中的相互干扰作用，制备出具有良好透明性的发光材料。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及，属于频率转换发光材料
。将AyOx、ZFx、RyOx和LnyDx的粉末充分混合制得的含稀土离子透明微晶玻璃进行预处理，然后在其表面涂覆导电银胶或制备金属镀膜，然后将其中一个表面或者两个表面同时作为阳极，在200～400℃和300～800V条件下进行电场辅助热扩散10min～5h；最后在低于玻璃转变温度以下50～250℃范围内热处理0.5～48h，使微晶玻璃中析出贵金属纳米颗粒，得到增强型频率转换发光材料。该方法可以避免两种晶体材料在析出过程中的相互干扰作用，制备出具有良好透明性的发光材料。【专利说明】
本专利技术涉及，尤其是涉及一种贵金属纳米颗粒和氟化物微晶共同增强的稀土掺杂玻璃频率转换发光材料的制备方法，属于频率转换发光材料
。
技术介绍
稀土掺杂频率转换发光技术在固态激光、数据存储、通用照明、三维立体显示、显微成像、传感技术、太阳能电池、防伪技术和军事对抗等领域具有巨大的潜在应用价值。玻璃在作为基质材料方面具有以下优势:稀土在玻璃中的可掺入浓度较高，稀土离子的能级分裂和荧光发射存在非均匀加宽现象；基质组成调节和泵浦光源选择范围宽；制备工艺成熟，成本低等。因此，以玻璃为基质的稀土掺杂频率转换发光材料很好地满足了目前对低价格、高效率、优性能、波长位于红外-可见光范围的激光光源等应用上的需求。但是，以玻璃为基质的稀土掺杂频率转换发光材料在实际应用方面仍面临大量难题，如:频率转换发光效率不高一主要受基质玻璃和稀土离子自身因素(如声子能量、振子强度、折射率和吸收截面积等)造成的入射光吸收率低、多声子弛豫速率高和声子能量大等因素的影响；传统制备工艺下频率转变效率难提高一主要原因在于稀土离子能级特征、掺杂浓度和玻璃基质结构特性等因素对稀土离子能级间交叉弛豫速率有很大影响，使得发光稀土离子在传统熔融工艺制得基质玻璃中的有效掺杂浓度很难有大的提高。上述因素已经严重制约了该类频率转换材料的应用范围和前景。近年来，通过热处理前驱体玻璃，制备包含氟化物微晶的透明玻璃陶瓷，利用氟化物晶体所具备的低声子能量特性来提高稀土离子的发光效率，已成为一种改善稀土掺杂玻璃发光性能的有效手段。另外，由于金、银和铜等金属纳米颗粒具有独特的表面效应，目前人们已开始将此类金属纳米颗粒表面等离子共振效应和材料发光特性相结合开展研究。关于半导体发光材料与金属的结合使得发光强度提高的研究已经初显成效。因此，将贵金属金、银纳米颗粒与包含氟化物微晶的上转换`玻璃材料相结合，通过贵金属纳米颗粒的局部场增强效应和氟化物微晶的低声子能量特性，可为制备高效的稀土掺杂玻璃上转换发光材料提供新的思路和途径。但是，研究结果表明，通过传统熔融技术制得包含贵金属元素和氟化物组成成分的稀土掺杂玻璃材料后，在后续热处理过程中贵金属纳米颗粒和氟化物微晶的析出会相互干扰，最终导致玻璃失透，这将严重影响实际使用的效果。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术提供，使氟化物微晶和贵金属纳米颗粒在不同工艺阶段析出，并合理控制热处理温度，将可以避免两种晶体材料在析出过程中的相互干扰作用，制备出具有良好透明性的发光材料。本专利技术的贵金属纳米颗粒和氟化物微晶共同增强的稀土掺杂玻璃频率转换发光材料的制备方法包括以下技术解决方案:(1)将AyOx、ZFX、RyOx和LnyDx的粉末充分混合并置于密封条件下，加热至熔融状态，然后浇注至预热到200~350 V的模板上，成型后在低于玻璃转变温度20~50 V的条件下保温3~8 h，最后以5~10 °C/min的速度进行退火至室温，模板上分离即得到含稀土离子的玻璃；其中，X取值为1、2、3或5，y取值为I或2，A代表Ge，Te，Si，P元素中的一种或任意几种；Z代表Pb, Y, La, Ca, Sr, Ba, Gd, Al, Zn, Cd、K, Na兀素中的一种或任意几种；R代表 Pb，Y，La，Ca，Sr，Ba, Nb, P，Ga，Al，Gd，Zn，Ti，Sb，K，Na 元素中的一种或任意几种；Ln 代表Yb, Er, Tm, Ho, Tb, Nd, Pr, Dy, Eu, Ce稀土元素中的一种或任意几种；D代表O, F元素中的一种；贵金属包括金和银； (2)将含稀土离子的玻璃在析晶温度以下20~50°C的条件下热处理I~36h，自然冷却至室温，即得到含稀土离子透明微晶玻璃； (3)将含稀土离子透明微晶玻璃的表面涂覆导电银胶或制备金属镀膜，然后将其中一个表面或者两个表面同时作为阳极，在200~400 1:和300~800 V条件下进行电场辅助热扩散10 min~5 h ; (4)将步骤(3)中电场辅助扩散后的含稀土离子透明微晶玻璃清洗干净，然后在低于玻璃转变温度以下50~250 °C范围内热处理0.5~48 h，使微晶玻璃中析出金属米颗粒，得到同时含有金属纳米颗粒和氟化物微晶的稀土离子透明微晶玻璃，是一种增强型频率转换发光材料。所述Ay0x、ZFx, RyOx 和 LnyDx 的摩尔百分比分别为:30 ~65 mol%、10 ~45 mol%、2 ~40 mol%、0.01 ~10 mol%。所述步骤(1)中的混合粉末在温度为900~1500 V的条件下加热20~60 min至熔融。所述玻璃转变温度为玻璃转化温度是玻璃态物质在玻璃态和高弹态之间相互转化的温度。所述步骤(3)中含稀土离子透明微晶玻璃的表面涂覆导电银胶的方法是首先对其表面进行打磨抛光处理，并制成厚度为I mm的薄片，然后在其表面涂覆BYJ0775型导电银胶后干燥备用。所述步骤(3)中含稀土离子透明微晶玻璃的表面金属镀膜的制备是先依次用的丙酮、乙醇和去离子水超声清洗5~10 min，以去除表面的有机杂质，然后放入νΗα:ν.=1:2的HCl溶液中浸30~60 min,以去除表面的无机杂质和氧化物，最后再用去离子水清洗4次以上，用N2吹干备用，最后采用真空热蒸发技术或磁控溅射技术对其表面镀覆100~800nm的纯金或银镀膜。所述热蒸发沉积法制备金属薄膜采用电阻式真空热蒸发镀膜机，以高纯金或银丝或放在钥舟中的高纯金或银颗粒为蒸发源，在10_2~10_3 Pa的真空条件下对步骤(2)所制得微晶玻璃试样的两个表面分别进行镀膜。镀膜时，试样放置在距蒸发源适当距离的旋转工件盘上，使用晶振探头进行在线监测金属薄膜的厚度，保证镀膜厚度在100~800 nm范围内。所述磁控溅射法制备金属薄膜采用直流磁控溅射仪，以纯度5 N的金或银靶为靶材，在10_2~10_4 Pa的本底真空条件下对步骤(2)所制得微晶玻璃试样的两个表面分别进行镀膜。镀膜时，试样放置在距蒸发源适当距离的旋转工件盘上，使用晶振探头进行在线监测金属薄膜的厚度，保证镀膜厚度在100~800 nm范围内。所述步骤(4)中含稀土离子透明微晶玻璃涂覆导电银胶的清洗是用浓度为5~20wt%的稀硝酸。所述步骤(4)中含稀土离子透明微晶玻璃的金属镀膜清洗是采用机械力去除，并用去尚子水清洗干净。本专利技术的有益效果是:本专利技术的贵金属纳米颗粒和氟化物微晶共同增强的稀土掺杂玻璃频率转换发光材料兼有氟化物晶体所具有的低声子能量特征和氧化物玻璃所具备的高稳定性特性。本专利技术所采用的技术方案有效解决了传统本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种增强型频率转换发光材料的制备方法，其特征在于具体步骤包括：（1）将AyOx、ZFx、RyOx和LnyDx的粉末充分混合并置于密封条件下，加热至熔融状态，然后浇注至预热到200～350 ℃的模板上，成型后在低于玻璃转变温度20～50 ℃的条件下保温3～8 h，最后以5～10 ℃/min的速度进行退火至室温，模板上分离即得到含稀土离子的玻璃；其中，x取值为1、2、3或5，y取值为1或2，A代表Ge，Te，Si，P元素中的一种或任意几种；Z代表Pb，Y，La，Ca，Sr，Ba，Gd，Al，Zn，Cd、K，Na元素中的一种或任意几种；R代表Pb，Y，La，Ca，Sr，Ba，Nb，P，Ga，Al，Gd，Zn，Ti，Sb，K，Na元素中的一种或任意几种；Ln代表Yb，Er，Tm，Ho，Tb，Nd，Pr，Dy，Eu，Ce稀土元素中的一种或任意几种；D代表O，F元素中的一种；（2）将含稀土离子的玻璃在析晶温度以下20～50℃的条件下热处理1～36 h，自然冷却至室温，即得到含稀土离子透明微晶玻璃；（3）将含稀土离子透明微晶玻璃的表面涂覆导电银胶或制备金属镀膜，然后将其中一个表面或者两个表面同时作为阳极，在200～400 ℃和300～800 V条件下进行电场辅助热扩散10 min～5 h；（4）将步骤（3）中电场辅助扩散后的含稀土离子透明微晶玻璃清洗干净，然后在低于玻璃转变温度以下50～250 ℃范围内热处理0.5～48 h，得到增强型频率转换发光材料。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡曰博，邱建备，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南;53