一种上转换多色荧光体薄膜及其制备方法技术

一种上转换多色荧光体薄膜及其制备方法，该薄膜是Er3+、Tm3+和Yb3+中的一种或几种稀土离子共掺杂钛酸盐形成的上转换荧光体薄膜，其化学式为Bi4-x-y-zErxTmyYbzTi3O12，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，薄膜的厚度为200～400nm。上转换多色荧光体薄膜的制备方法包括：(1)配料；(2)制备上转换多色荧光体前驱液；(3)制备上转换多色荧光体前驱膜；(4)制备上转换多色荧光体薄膜。上转换多色荧光体薄膜具有荧光强度高、荧光颜色可调的优点，甚至可以调制出色度良好的白光，上转换多色荧光体薄膜的制备方法具有易于精确控制材料组分、操作方便、易于工业化生产的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于巧光体和功能薄膜
，特别设及一种上转换多色巧光体薄膜及 其制备方法。
技术介绍
我国用于发光材料的稀±总量尽管占稀±应用总量的4~5%，但用于生产巧光 材料的总量却占世界总产量的60~70 %。稀±离子的发光源于4f电子层跃迁，由于特殊的 电子层结构，使稀±发光材料的光谱具有分布范围广、谱线窄、色度纯的优点。稀±离子发 光通常是把短波长的紫外光转化为波长较长的可见光或红外光，但有些稀±离子，如化 Tm 3+离子在敏化剂孔离子的协助下对980nm附近的红外光具有很强的吸收，可有效地将 波长较长的红外光转化为波长较短的可见光，此过程称为频率上转换发光。Er 3+的上转换巧 光光谱通常由绿光和红光发射带构成，而Tm3+的上转换巧光光谱通常由蓝光和少量的红光 构成。孔对激发光源具有很大的吸收界面，对化Tm 3+有很好的敏化作用。当化3\Tm3\ 孔共同渗杂在一种优良的巧光体基质中时，便可W产生多色的上转换巧光甚至白光。 基质材料对巧光体上转换效率有很大的影响，研究最为广泛的是声子能量低的碱 金属或碱±金属氣化物，但因其化学稳定性较差，因此在一定程度上限制了其在平板显示 器和上转换激光器方面的应用。铁酸祕作为一种氧化物，具有较高的热稳定性、化学稳定 性，且声子能量不高，且许多报道表明，Bi 3+对稀±离子发光具有敏化作用，因此选择铁酸祕 有望成为一种优良的上转换巧光体基质材料。 与普通的光致发光相比，上转换发光过程尽管效率较低，但是其累浦光源可W通 过体积小、价格低、效率高的半导体激光器获得，且红外光对人体皮肤和眼睛伤害很小，因 此在平板显示器或激光器应用中具有独特的优势。 薄膜巧光体与粉末巧光体相比，具有几方面的优点：一、薄膜巧光体中晶粒分布更 加均匀致密，通过激光刻蚀等技术可W制备出像素更高、色度更清晰的显示屏。二、薄膜巧 光体的物理化学性质较稳定，不易因环境而变质，不易因吸收空气中的水、径基等污染物而 降低发光效率。=、薄膜巧光体一般具有较高光透性，有利于提高对激发光源的吸收率和巧 光的发射率。四、制备薄膜巧光体所需的原料更少，有利于节约资源并降低生产成本。随着 薄膜制备技术和化学刻蚀、电子封装等技术的提高，薄膜巧光材料必将获得更广泛地应用。
技术实现思路
针对现有的巧光体通常为W紫外光激发的普通巧光粉末，不能采用结构紧凑、经 济实用的固体激光器作为激发光源，也不能用作薄膜型显示屏，本专利技术提供一种W紫外光 作为激发光源的上转换多色巧光体薄膜及其制备方法。上转换多色巧光体薄膜在红外光激 发下能够有效地发射颜色可调的色光，甚至色度较为纯正的白光。 本专利技术的上转换多色巧光体薄膜，是化时严和孔中的一种或几种稀±离子 共渗杂铁酸盐形成的上转换多色巧光体薄膜，其化学式为Bi4 X y正rjiiiy孔;Ti3〇i2(简写为 BEYTT)，其中O《X《1，0《y《1，0《Z《1。 上述的上转换多色巧光体薄膜，其厚度为200~400皿。 本专利技术的上转换多色巧光体薄膜的制备方法，包括W下步骤： 步骤1、配料： (1)按摩尔比，五水合硝酸祕：五水合硝酸巧：五水合硝酸镑：五水合硝酸镜：献 酸正四下醋=(4-x-y-z) :x:y:z:3,其中0《X《1，0《y《1，0《Z《1 ;称取五水合硝 酸巧，五水合硝酸镑，五水合硝酸镜和献酸正四下醋，称取五水合硝酸祕的量为理论用量的 105 ~115% ; 阳〇1引 似称取溶剂冰醋酸、乙二醇甲酸和乙酷丙酬，其中，乙酷丙酬与铁酸正四下醋的 摩尔比为2:1，冰醋酸和乙二醇甲酸的体积之和与乙酷丙酬的体积比为（20~30) : 1，冰醋 酸和乙二醇甲酸的体积比为1:2 ; 步骤2、制备上转换多色巧光体前驱液： 将五水合硝酸祕、五水合硝酸巧、五水合硝酸镑和五水合硝酸镜，加入由冰醋酸和 乙二醇甲酸构成的混合溶剂中，揽拌并加热至40~60°C，保溫5~30min后，降至室溫；再 加入献酸正四下醋和乙酷丙酬混合溶液，室溫揽拌1~化，用滤纸过滤，配制出上转换多色 巧光体前驱液； 步骤3、制备上转换多色巧光体前驱膜： (1)采用旋转涂覆法将上转换多色巧光体前驱液涂覆在衬底上，旋转涂覆的速度 为2000~5000r/min，旋转涂覆时间为20~60s ;将涂覆前驱液的衬底在烤胶台上，烘烤 2~6min，冷却； (2)按照步骤3(1)的方法，在衬底上重复制取薄膜共6~12层，得到上转换多色 巧光体前驱膜； 步骤4、制备上转换多色巧光体薄膜： 在空气气氛中，将上转换多色巧光体前驱膜放入马弗炉中，W 1~10°C的升溫速 率升至600~800°C，恒溫10~SOmin后，随炉冷却至室溫，制备出上转换多色巧光体薄膜。 上述的步骤1(2)中，过量的五水合硝酸祕用W弥补热处理过程中Bi元素的挥发 损失，乙酷丙酬作为稳定剂； 上述的步骤2中，上转换多色巧光体前驱液的浓度为0. 03~0.1mol/L ; 上述的步骤3(1)中，衬底为石英玻璃、单晶娃等耐高溫材料。 所述的五水合硝酸祕、五水合硝酸巧、五水合硝酸镑、五水合硝酸镜和献酸正四下 醋，分别作为薄膜Bi, Er, Tm,孔和Ti源。 与现有技术相比，本专利技术的有益效果是： 1、专利技术的上转换多色巧光体薄膜与普通的巧光材料不同，其为一种上转换巧光材 料，可W用体积小、重量轻、低成本、高效率的商业半导体红外激光器作为巧光激发的光源； 采用红外光激发几乎对人的健康没有任何影响，而且可W减少背景光源对巧光显色质量的 干扰。 2、本专利技术的上转换多色巧光体薄膜具有巧光强度高、巧光颜色可调的优点，甚至 可W调制出色度良好的白光。在所述的巧光体中，铁酸祕为基质材料，化Tn严为发光中 屯、，孔为敏化剂。 3、本专利技术的上转换多色巧光体薄膜为高溫烧结得到的氧化物，具有优良的化学稳 定性和热稳定性，在较大功率的红外光激发下，薄膜巧光强度未见衰减。 4、本专利技术采用化学溶液沉积法制备上转换多色巧光体薄膜，具有易于精确控制材 料组分、操作方便、易于工业化生产的优点。【附图说明】 图1为本专利技术实施例的不同浓度的稀±离子渗杂的上转换多色巧光体薄膜的X射 线衍射图。 图2为本专利技术实施例1的上转换多色巧光体薄膜的上转换巧光光谱图。图3为本专利技术实施例2的上转换多色巧光体薄膜的上转换巧光光谱图。 图4为本专利技术实施例3的上转换多色巧光体薄膜的上转换巧光光谱图。图5为本专利技术实施例4和实施例5的上转换多色巧光体薄膜的上转换巧光光谱 图。图6为本专利技术实施例6的不同功率的红外光激发下上转换多色巧光体薄膜的上转 换巧光光谱图。【具体实施方式】 W下实施例均采用D/MAX 2200 VPC型的X射线衍射仪（化ka祀）测试薄膜样 品的晶体结构，采用化SP920型巧光光谱仪测试薄膜样品的上转换巧光发射光谱（W R1257 型光倍增管探测器作为信号接收源，W Scitower 98化型固体红外激光器作为激发光源）。 阳〇36] 实施例1 本实施例的上转换多色巧光体薄膜，是化3+稀±离子渗杂铁酸盐形成的上转换多 色巧光体薄膜，其化学式为Bi4 xErxTi3〇i2,其中X = 0. 01、0. 05、0. 1、0. 4、0. 8,薄膜的厚度为 400nm〇 本实施例的上转换多色焚光体薄膜的制备本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种上转换多色荧光体薄膜，其特征在于：是Er3+、Tm3+和Yb3+中的一种或几种稀土离子共掺杂钛酸盐形成的上转换多色荧光体薄膜，其化学式为Bi4‑x‑y‑zErxTmyYbzTi3O12，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙丽娜，邵立华，巴德纯，谭俊，赵宴锋，
申请(专利权)人：东北大学，沈阳川海数字工程有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21