一种具有高效上转换发光特性的光子晶体及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种具有高效上转换发光特性的光子晶体及其制备方法，具体步骤为通过自组装方法垂直生长PMMA蛋白石模板后500℃高温煅烧3小时去除PMMA蛋白石模板制备反蛋白石光子晶体模板；再通过溶剂热法让反蛋白石光子晶体模板与氟化钠反应，首先将氟化钠与柠檬酸钠溶液去离子水，将溶液与无水乙醇按体积比1:1混合均匀，并用氨水将PH值调节至10；然后将反蛋白石晶体模板垂直置于反应釜中，将混合溶液加入反应釜至四分之三处，在180摄氏度下反应2小时；最后以无水乙醇反复冲洗样品，随后在50℃干燥10分钟制备NaYF4反蛋白石光子晶体。本发明专利技术光子晶体有利于上转换，尤其是高阶上转换过程的发生，通过Yb3+、Tm3+共掺杂实现高效的紫外光发射。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光子晶体及其制备方法，特别涉及一种具有高效上转换发光特性的光子晶体及其制备方法。
技术介绍
自1987年Yablonovitch和John分别独立地提出了光子晶体概念以来，光子晶体进入人们的视野，开始被广泛研究，使得人们精确操控光子的梦想成为可能。所谓光子晶体，就是介电常数在空间呈周期性分布的一种特殊结构。电磁波在光子晶体中传播时，会受到介电常数的周期性调制，使得光子在能量尺度上是不连续的，从而形成光子带隙。处于光子带隙内的光是不允许在光子晶体中传播的。基于光子晶体的特殊性质，在光波导、零阈值激光器、光电路、生物传感等领域有着广泛的应用前景。近年来，科研人员开始关注光子晶体对上转换发光的调控。由于受到外层电子的屏蔽，稀土掺杂的发光材料具有良好的物理化学稳定性，丰富的阶梯状4f能级提供了丰富的发光颜色，且具有发射带窄，发光寿命长等优点。与其他上转换发光材料相比，稀土掺杂的无机化合物还具有较高的转换效率。在众多无机化合物中，氟化物具有较低的声子能量，成为了最具潜力的上转换基质材料。研究发现，NaYF4反蛋白石光子晶体有利于高阶上转换的发生，通过发光中心Tm3+、Er3+或Ho3+与敏化离子Yb3+的共掺杂可以获得强烈的蓝光、绿光、红光以及近红外光，但是，还未有强烈的上转换紫外光发射的相关报道。因此，研制出一种具有高效上转换发光特性的光子晶体是非常必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种具有高效上转换发光特性的光子晶体。本专利技术的另一目的在于提供上述具有高效上转换发光特性的光子晶体的制备方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种具有高效上转换发光特性的光子晶体，其特征在于：利用模板辅助溶剂热法制备出利于高阶上转换的NaYF4反蛋白石光子晶体，再通过与Yb3+、Tm3+共掺杂制得。上述具有高效上转换发光特性的光子晶体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A、PMMA蛋白石模板的制备：先以过硫酸钾为引发剂，引发MMA聚合得到PMMA微球，再通过垂直沉积的方法将PMMA微球沉积在玻璃衬底上，得到PMMA蛋白石模板；B、反蛋白石光子晶体模板的制备：将0.79mmol硝酸钇、0.2mmol硝酸镱、0.01mmol硝酸铥和1mmol柠檬酸溶解在乙醇溶液中磁力搅拌1小时，确保充分溶解得到前驱体溶液，再将其缓慢渗透至PMMA蛋白石模板的空隙中，静置24小时后在管式炉中以1℃每分钟的速度升温至500℃，煅烧3小时去除PMMA蛋白石模板，自然冷却至室温；C、NaYF4反蛋白石光子晶体的制备：先将4mmol氟化钠与5mmol柠檬酸钠溶液去离子水，再将溶液与无水乙醇按体积比1:1混合均匀，并用氨水将PH值调节至10，再将步骤B制得的反蛋白石光子晶体模板垂直置于反应釜中，将混合溶液加入反应釜至四分之三处，在180℃下反应1-4小时；最后以无水乙醇反复冲洗样品后于50℃干燥10分钟。优选地，步骤C，所述反应时间为2小时。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术以氟化物为上转换基质，利用模板辅助溶剂热法制备出利于高阶上转换的NaYF4反蛋白石光子晶体，再通过与Yb3+、Tm3+共掺杂实现光子晶体高效的紫外光发射。附图说明图1为本专利技术PMMA蛋白石模板的SEM图片；图2为本专利技术反蛋白石光子晶体模板的SEM图片；图3为本专利技术NaYF4反蛋白石光子晶体的SEM图片；图4为本专利技术NaYF4反蛋白石光子晶体的TEM图片；图5为本专利技术反应时间为1小时时NaYF4反蛋白石光子晶体的SEM图片；图6为本专利技术反应时间为2小时时NaYF4反蛋白石光子晶体的SEM图片；图7为本专利技术反应时间为3小时时NaYF4反蛋白石光子晶体的SEM图片；图8为本专利技术反应时间为4小时时NaYF4反蛋白石光子晶体的SEM图片；图9为本专利技术反应时间为1小时时NaYF4的粒径分布图；图10为本专利技术反应时间为2小时时NaYF4的粒径分布图；图11为本专利技术反应时间为3小时时NaYF4的粒径分布图；图12为本专利技术反应时间为4小时时NaYF4的粒径分布图；图13为本专利技术不同反应时间NaYF4反蛋白石光子晶体的透射光谱图；图14为本专利技术不同反应时间NaYF4反蛋白石光子晶体的XRD谱图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。一种具有高效上转换发光特性的光子晶体，其特征在于：利用模板辅助溶剂热法制备出利于高阶上转换的NaYF4反蛋白石光子晶体，再通过与Yb3+、Tm3+共掺杂制得。上述具有高效上转换发光特性的光子晶体的制备方法，包括以下步骤：A、PMMA蛋白石模板的制备：先以过硫酸钾为引发剂，引发MMA聚合得到PMMA微球，再通过垂直沉积的方法将PMMA微球沉积在玻璃衬底上，得到PMMA蛋白石模板；B、反蛋白石光子晶体模板的制备：将0.79mmol硝酸钇、0.2mmol硝酸镱、0.01mmol硝酸铥和1mmol柠檬酸溶解在乙醇溶液中磁力搅拌1小时，确保充分溶解得到前驱体溶液，再将其缓慢渗透至PMMA蛋白石模板的空隙中，静置24小时后在管式炉中以1℃每分钟的速度升温至500℃，煅烧3小时去除PMMA蛋白石模板，自然冷却至室温；C、NaYF4反蛋白石光子晶体的制备：先将4mmol氟化钠与5mmol柠檬酸钠溶液去离子水，再将溶液与无水乙醇按体积比1:1混合均匀，并用氨水将PH值调节至10，再将步骤B制得的反蛋白石光子晶体模板垂直置于反应釜中，将混合溶液加入反应釜至四分之三处，在180℃下反应1-4小时；最后以无水乙醇反复冲洗样品后于50℃干燥10分钟。如图5-14所示，当反应时间在3小时以内，所制备的样品可以保持较为完好的反蛋白石光子晶体结构，而当反应时间超过3小时，制备的样品结构遭到严重的破坏；随着反应时间的增长，NaYF4的粒径逐渐地长大，从31纳米生长到84纳米；随着反应时间的增长，NaYF4反蛋白石光子晶体的光子带隙发生明显的红移。另外，反蛋白石光子晶体结构有助于上转换、尤其是高阶上转换过程的发生：Yb3+的掺杂浓度为20％，Tm3+的掺杂浓度为1％的反蛋白石光子晶体，与通过研磨破坏反蛋白石光子晶体结构的参考样品相比，Tm3+离子的下转换红外发光过程受到了明显抑制，上转换蓝光与紫外的发光过程明显增强，光子晶体样品的上转换发光强度为72.46％，比参考样品相提高10.38倍，1D2-3H6的跃迁提高78.7％，而1G4-3H6降低26％。实施例1：反应时间1hNaYF4反蛋白石光子晶体是通过反蛋白石模板与氟化钠溶液在反应釜中用溶剂热法制备的：先将4mmol氟化钠与5mmol柠檬酸钠溶液去离子水，再将溶液与无水乙醇按体积比1:1混合均匀，并用氨水将PH值调节至10，再将步骤B制得的反蛋白石光子晶体模板垂直置于反应釜中，将混合溶液加入反应釜至四分之三处，在180℃下反应1小时；最后以无水乙醇反复冲洗样品后于50℃干燥10分钟。实施例2：反应时间2hNaYF4反蛋白石光子晶体是通过反蛋白石模板与氟化钠溶液在反应釜中用溶剂热法制备的：先将4mmol氟化钠与5mmol柠檬酸钠溶液去离子水，再将溶液与无水乙醇按体积比1:1混合均匀，并用氨水将PH值调节至10，再将步骤B制得的反蛋白石光子晶体模板垂直置于反应釜中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有高效上转换发光特性的光子晶体，其特征在于：利用模板辅助溶剂热法制备出利于高阶上转换的NaYF4反蛋白石光子晶体，再通过与Yb3+、Tm3+共掺杂制得。

【技术特征摘要】
1.一种具有高效上转换发光特性的光子晶体，其特征在于：利用模板辅助溶剂热法制备出利于高阶上转换的NaYF4反蛋白石光子晶体，再通过与Yb3+、Tm3+共掺杂制得。2.如权利要求1所述的具有高效上转换发光特性的光子晶体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A、PMMA蛋白石模板的制备：先以过硫酸钾为引发剂，引发MMA聚合得到PMMA微球，再通过垂直沉积的方法将PMMA微球沉积在玻璃衬底上，得到PMMA蛋白石模板；B、反蛋白石光子晶体模板的制备：将0.79mmol硝酸钇、0.2mmol硝酸镱、0.01mmol硝酸铥和1mmol柠檬酸溶解在乙醇溶液中磁力搅拌1小时，确保充分溶解得到前驱体溶液...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨宇丹，宋宏伟，潘肃，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22