红外非相干LED激发的上转换NaLuF4玻璃陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种红外非相干LED激发的上转换NaLuF4玻璃陶瓷及其制备方法。该玻璃陶瓷在玻璃基体中均匀镶嵌了六方相NaLuF4纳米晶颗粒。本发明专利技术的玻璃陶瓷中玻璃组分与百分含量(mol％)为：50‑75mol％SiO2；1‑15mol％Al2O3；5‑30mol％Na2O；5‑25mol％NaF；5‑15mol％LuF3；0.01‑2mol％YbF3；0.001‑2mol％ReF3(Re＝Er,Tm,Ho)。上述玻璃陶瓷采用熔体冷却法和后续晶化热处理制备。本发明专利技术的玻璃陶瓷可在红外非相干LED芯片激发下实现稀土离子的上转换发射，可开发应用于构建红外芯片激发的上转换发光玻璃陶瓷。

Infrared incoherent LED excited upconversion NaLuF4 glass ceramics and its preparation method

The invention discloses an infrared non coherent LED upconversion NaLuF4 glass ceramic and a preparation method thereof. The six phase NaLuF4 nanocrystalline particles were uniformly embedded in the glass matrix. The glass component and percentage content (mol%) of the glass ceramics of the present invention are: 50_75 mol% SiO2; 1_15 mol% Al2O3; 5_30 mol% Na2O; 5_25 mol% NaF; 5_15 mol% LuF3; 0.01_2 mol% YbF3; 0.001_2 mol% ReF3 (Re = Er, Tm, Ho). The glass ceramics were prepared by melt cooling and subsequent crystallization heat treatment. The glass ceramics of the invention can realize the up-conversion emission of rare earth ions excited by an infrared incoherent LED chip, and can be developed and applied to construct up-conversion luminescent glass ceramics excited by an infrared chip.

【技术实现步骤摘要】
红外非相干LED激发的上转换NaLuF4玻璃陶瓷及其制备方法
本专利技术涉及固体发光领域，尤其是涉及一种可用于红外非相干LED芯片激发上转换发射的Yb3+,Re3+(Re＝Er,Tm,Ho):β-NaLuF4六方相NaLuF4透明玻璃陶瓷及其制备方法。
技术介绍
近年来，稀土离子掺杂的上转换发光材料由于在三维显示、固态激光、生物标记、光热理疗、温度传感和太阳电池等领域具有广阔的应用前景而受到广泛关注。其中，基质材料的选择和结构控制是实现高效上转换发光的关键因素之一。声子能量相对较小和物理化学性质稳定的氟化物，同时还具有较高的稀土固溶度，是具有广阔应用前景的优质上转换基质材料，因而被科学界广泛关注和研究。尤其是NaLnF4(Ln＝Gd,Y,Lu)，已被认为是最有效的上转换基质材料之一。研究发现，β-NaLuF4具有优越的上转换发光特性，性能甚至超越了β-NaYF4。通常情况下，实现稀土离子的上转换发光，连续或脉冲相干红外激光是必备条件。然而，由于红外激光是肉眼不可见的，因而在使用方面存在一定的辐射风险。据此，我们提出了利用红外非相干LED芯片作为激发光源，实现稀土离子的上转换发射。相比于相干激光来说，非相干LED芯片通常具有较低的发射强度，因此对于发光材料的发光性能要求较高。玻璃陶瓷，是一种在玻璃基体中析出纳米晶的复合材料，它综合了晶体与玻璃材料的优点，具有与晶体相近甚至更好的光学性能，而又有玻璃材料良好的热稳定性和物理化学稳定性。同时，玻璃陶瓷作为一种块体材料，又具有透明度高、制备简单、成本低廉和易于加工成型等优点。其中，稀土离子掺杂氟氧化物玻璃陶瓷，是指在氧化物玻璃基体中析出氟化物纳米晶，它同时具有氧化物玻璃的稳定性和氟化物的低声子能量，又具有较高的稀土固溶度，可实现高效的上转换发光。综上所述，本专利技术提出一种基于新的组分配方的玻璃陶瓷及其制备方法，透明度高，可通过红外非相干LED激发实现其高效上转换发光。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提出一种玻璃基体，一种六方相NaLuF4透明玻璃陶瓷，以及一种可用红外非相干LED芯片激发实现上转换发射的玻璃陶瓷。本专利技术六方相NaLuF4透明玻璃陶瓷的材料组分独特，透明度高，可作为优异的稀土掺杂的上转换发光材料。通过熔融冷却法及后续热处理过程，得到可控的透明六方相NaLuF4玻璃陶瓷。以Yb和Er(Ho或Tm)离子掺杂的六方相NaLuF4玻璃陶瓷为例，在中心波长为940纳米波长的红外非相干LED芯片的激发下，样品表现为明亮的绿色(绿色或蓝色)。本专利技术通过如下技术方案实现：一种玻璃基体，其玻璃组分含量(mol％)如下：50-75mol％SiO2；1-15mol％Al2O3；5-30mol％Na2O；5-25mol％NaF；5-15mol％LuF3；0.01-2mol％YbF3；0.001-2mol％ReF3(Re＝Er,Tm或Ho)。上述组分的摩尔总量为100mol％。一种可析出六方相NaLuF4的透明玻璃陶瓷，其玻璃基体如前所述。具体地，所述玻璃基体的组分与百分含量(mol％)如下：50-75mol％SiO2；1-15mol％Al2O3；5-30mol％Na2O；5-25mol％NaF；5-15mol％LuF3；0.01-2mol％YbF3；0.001-2mol％ReF3(Re＝Er,Tm或Ho)。上述组分的摩尔总量为100mol％。根据本专利技术，各组分的优选含量如下：SiO2优选为55-75mol％，更优选为60-75mol％；Al2O3优选为1-13mol％，更优选为2-12mol％；Na2O优选为7-25mol％，更优选为10-20mol％；NaF优选为10-25mol％；LuF3优选为5-13mol％，更优选为5-10mol％。一种可用红外非相干LED芯片激发实现上转换发射的玻璃陶瓷，其玻璃基体如前所述。具体地，所述玻璃基体的组分与百分含量(mol％)如下：50-75mol％SiO2；1-15mol％Al2O3；5-30mol％Na2O；5-25mol％NaF；5-15mol％LuF3；0.01-2mol％YbF3；0.001-2mol％ReF3(Re＝Er,Tm,Ho)。上述组分的摩尔总量为100mol％。根据本专利技术，各组分的优选含量如下：SiO2优选为55-75mol％，更优选为60-75mol％；Al2O3优选为1-13mol％，更优选为2-12mol％；Na2O优选为7-25mol％，更优选为10-20mol％；NaF优选为10-25mol％；LuF3优选为5-13mol％，更优选为5-10mol％。根据本专利技术的六方相NaLuF4玻璃陶瓷，其显微结构特征为六方相NaLuF4纳米晶颗粒均匀分布于玻璃基体中。本专利技术的另一个目的是提供上述六方相NaLuF4玻璃陶瓷的制备方法，所述方法包括熔融冷却法。根据本专利技术，所述制备方法包括：(1)按相应玻璃陶瓷组分配比精确称量所需原料并研磨，加热熔融后触冷，得到块状前驱玻璃。(2)将块状前驱玻璃进行热处理，得到透明六方相NaLuF4玻璃陶瓷。优选地，所述方法还包括将得到的块状前驱玻璃进行退火，以消除玻璃基体内部的应力。具体地，所述方法包括如下步骤：(1)按相应玻璃陶瓷组分配比精确称量所需原料(SiO2、Al2O3、Na2O、NaF、LuF3、YbF3、ReF3(Re＝Er，Ho或Tm))并研磨，在马弗炉中加热熔融后，将熔融液体触冷，得到块状前驱玻璃。(2)将块状前驱玻璃放入马弗炉中，在一定温度下保温一段时间，得到透明六方相NaLuF4玻璃陶瓷。根据本专利技术，步骤(1)中，先将粉体原料混合并研磨均匀后置于坩埚中，并放入马弗炉中。根据本专利技术，步骤(1)中，在马弗炉中加热到1450～1550℃。保温0.5～3小时，使粉体原料熔融。根据本专利技术，步骤(1)中，将玻璃熔体取出并快速倒入模具中成形，得到块状前驱玻璃。根据本专利技术，在步骤(2)中，将前驱玻璃放入马弗炉中，在200～500℃范围内保温1～6小时，得到透明六方相NaLuF4玻璃陶瓷。根据本专利技术，所述熔融冷却法具体包括如下步骤：(1)根据设计的玻璃陶瓷组分，精确称量SiO2、Al2O3、Na2O、NaF、LuF3、YbF3、ReF3(Re＝Er，Ho或Tm)等原料，并放入研钵中研磨1小时，之后放入电阻炉中加热到1450～1550℃后保温0.5～3小时使之熔融，将玻璃熔体倒入模具中触冷得到块状前驱玻璃。(2)将块状前驱玻璃放入马弗炉中，在200～500℃范围内保温1～6小时，得到透明六方相NaLuF4玻璃陶瓷。根据本专利技术，在制备过程中使用的坩埚可以是石墨坩埚、铂金坩埚或刚玉坩埚。本专利技术中，采用以上材料组分和制备工艺，可以获得六方相NaLuF4纳米晶均匀分布的玻璃陶瓷。本专利技术的又一个目的是上述玻璃陶瓷用作荧光材料。根据本专利技术，所述玻璃陶瓷用于红外非相干LED芯片激发下的上转换发光材料。本专利技术的透明玻璃陶瓷制备工艺简单、成本低廉，无毒无污染，透明度高，具有良好的物理和化学稳定性，并且具有优异的光学特性，是一种优异的稀土离子掺杂的上转换发光材料，可在红外非相干LED芯片激发下实现上转换发射。附图说明图1是实施例1玻璃陶瓷的X射线衍射图谱；图2是实施例1红外非相干本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种玻璃基体，其特征在于其玻璃组分含量(mol％)如下：50‑75mol％SiO2；1‑15mol％Al2O3；5‑30mol％Na2O；5‑25mol％NaF；5‑15mol％LuF3；0.01‑2mol％YbF3；0.001‑2mol％ReF3(Re＝Er,Tm或Ho)；上述组分的摩尔总量为100mol％。

【技术特征摘要】
1.一种玻璃基体，其特征在于其玻璃组分含量(mol％)如下：50-75mol％SiO2；1-15mol％Al2O3；5-30mol％Na2O；5-25mol％NaF；5-15mol％LuF3；0.01-2mol％YbF3；0.001-2mol％ReF3(Re＝Er,Tm或Ho)；上述组分的摩尔总量为100mol％。2.一种可析出六方相NaLuF4的透明玻璃陶瓷，其特征在于其玻璃基体如权利要求1所述。3.如权利要求2所述的一种可析出六方相NaLuF4的透明玻璃陶瓷，其特征在于其显微结构特征为六方相NaLuF4纳米晶颗粒均匀分布于玻璃基体中。4.一种可用红外非相干LED芯片激发实现上转换发射的玻璃陶瓷，其特征在于其玻璃基体如权利要求1所述。5.如权利要求2或4所述的玻璃陶瓷，其特征在于其玻璃基体的组分与百分含量(mol％)如下：55-75mol％SiO2；1-13mol％Al2O3；7-25mol％Na2O；10-25mol％NaF；5-13mol％LuF3；0.01-2mol％YbF3；0.001-2mol％ReF3(Re＝Er,Tm或Ho)；上述组分的摩尔总量为100mol％。6.如权利要求2所述的一种可析出六方相NaLuF4的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李心悦，陈大钦，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33