【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于晶体材料的，更具体地，涉及一种光子晶体材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、光源是显示器件的重要组成部分。全彩激光显示可通过纯三基色(红、绿、蓝)激光光源、激光+led光源和激光+荧光材料三种光源组合模式实现。纯三基色激光光源是直接用红、绿、蓝三色激光作为光源，激光+led光源和激光+荧光材料光源指的是蓝光仍然采用激光光源，而红、绿光通过led发射或者蓝光激光和红、绿荧光材料作用而产生。纯三基色激光光源是理想的激光显示光源，但纯三基色激光光源存在散斑(激光相干性)和成本高昂等问题。激光+led和激光+荧光材料被认为是纯三基色激光光源显示技术的有效替代方案，其中激光+led光源组合中，led芯片存在“效率骤降”的问题，即功率增大到某一值时，电光转换效率迅速下降，存在亮度限制，使得这种激光+led光源组合无法满足大功率应用场合。因此激光+荧光材料组合模式是目前主要应用的激光显示光源，利用荧光材料在蓝色激光激发下的自发辐射实现多色发光输出，结合了激光的高亮度和荧光材料无散斑的优势，具有色域更广，成本更低的优点。
2、基于激光+荧光材料显示光源技术，深圳光峰科技专利技术了激光+荧光色轮(荧光材料制成旋转的荧光色轮可以显著降低激光的热效应)的alpd激光显示技术。荧光色轮由色轮基底(玻璃、陶瓷等)、稀土荧光粉、粘合剂和有机树脂等封装材料组成，能够实现宽色域、多色彩输出。然而，传统的荧光色轮包含有机物质，在激光的长期照射下容易损坏，高温耐受能力存在一定短板；荧光粉体材料普遍存在激光高温热猝灭现象，且荧光粉体材料的
3、传统的块体单晶材料由于晶体内部的折射和散射，空间分辨率低，通常不适合高分辨率激光显示应用；纳米晶体由于晶体取向的无序性和晶体的不连续性，难以实现高质量、高光束性和低损耗导光，也不适合高分辨率激光显示应用。
4、光子晶体材料具有周期排列的微观结构，导光性能良好，在高分辨激光显示领域有优势。然而光子晶体的制备具有一定难度，因为光子晶体的晶格尺度需要同可见光具有相同的数量级(几百个纳米)。常用的方法包括介质棒堆积、精密机械钻孔、胶体颗粒自组织生长和半导体工艺等，如专利cn106084103a公开了一种利用模板制备光子晶体塑料闪烁体的方法，尤其适合较薄(厚度小于10cm)闪烁体光子晶体结构制备。但现有光子晶体材料及其方法仍然存在难以形成稳定周期定向排列结构，发光强度较低，制备方法操作复杂且效率较低等问题。
5、因此，如何提供一种具有周期定向排列且晶格尺度与可见光具有相同的数量级的光子晶体材料，成为亟需解决的技术问题。
技术实现思路
1、针对上述现有的技术问题，本专利技术提供了一种光子晶体材料。所述光子晶体材料发光晶相直径尺寸在350～860纳米范围内，在半导体激光器蓝光激光照射下能够产生三基色中绿光或红光，所产生的荧光光束因自准直效应几乎不发生扩展，而沿发光晶相定向传播，可用于激光显示。
2、本专利技术的第二个目的在于提供一种光子晶体材料的制备方法。
3、本专利技术的第三个目的在于提供所述光子晶体材料在无损光导、光子调制以及激光显示的应用。
4、为了实现上述目的，本专利技术是通过以下技术方案予以实现的：
5、一种光子晶体材料，所述光子晶体材料的化学式为al2o3/re(1-x)alo3:xln3+，所述光子晶体材料由基质晶相和发光晶相周期排列组成，所述基质晶相为al2o3，所述发光晶相为稀土铝酸盐晶体re(1-x)alo3:xln3+；其中，re选自sc、y、la、gd、lu中的一种或多种，ln3+选自稀土激活离子tb3+或eu3+，x的取值范围为0.01～0.15。
6、本专利技术提供的光子晶体材料具有周期排列的两晶相分离微纳结构，基质晶相为al2o3，发光晶相为稀土铝酸盐晶体re(1-x)alo3:xln3+。而发光晶相中，通过选择特定的稀土元素和稀土激活元素进行制备。专利技术人发现，稀土激活离子tb3+或eu3+的掺杂浓度会较大地影响光子晶体材料的发光强度，当稀土激活离子的掺杂浓度高于上述浓度范围时，会导致浓度猝灭而造成发光强度降低。本专利技术提供的光子晶体材料中两晶相的折射率不同，且具有柱状结构的发光晶相re(1-x)alo3:xln3+的直径尺寸与可见光波长具有相同数量级，在350～860纳米范围内，在半导体激光器蓝光激光照射下能够产生三基色中绿光或红光，所产生的荧光光束因自准直效应几乎不发生扩展，而沿发光晶相定向传播，可用于激光显示。
7、优选地，x的取值范围为0.07～0.11。进一步优选地，x为0.09。在此优选范围下，光子晶体材料具有更为优异的发光强度。
8、优选地，re选自y、la、gd、lu中的一种或多种。
9、优选地，re可以选自如下组合之一：gd-y、gd-la、gd-lu。进一步优选地，在上述gd-y、gd-la、gd-lu组合中，gd与另一稀土元素的摩尔比为：0.80～0.85：0.08～0.13。
10、优选地，所述发光晶相的直径范围为350～860nm。
11、进一步地，本专利技术还请求提供一种光子晶体材料的制备方法，包括如下步骤：
12、s1.按化学计量比取氧化铝和稀土氧化物原料，混合均匀后进行高温固相反应得到前驱体；
13、s2.将所述前驱体装入微下降晶体生长炉的铱金坩埚中，通入保护气体，控制所述微下降晶体生长炉的加热功率，加热熔化前驱体，控制位于铱金坩埚喷嘴正下方的籽晶向上移动接触喷嘴处熔化的前驱体熔体，待形成稳定的弯液面后，籽晶沿着固定方向移动，高温熔体定向凝固生长得到光子晶体材料；
14、其中，移动时控制晶体的生长速率为1～5mm/min；所述微下降晶体生长炉的加热功率3.25～3.35kw。
15、本专利技术采用微下降(μ-pd)晶体生长方法，其是一种可以获得有序排列共晶结构的定向凝固技术，该方法具有晶体制备成型快、晶体质量好、原料用量少等优点。进一步地，专利技术人通过研究发现，当晶体的生长速率控制在1～5mm/min时，才能够制备出均匀、有序、无孔洞缺陷的光子晶体材料。当晶体的生长速率较低时，晶体生长不均匀，且晶相变得无序，晶相尺寸为几个微米级，不在可见光范围内；当晶体生长速率较高时，晶体内部出现孔洞宏观缺陷，甚至出现拉脱。此外，专利技术人进一步发现，加热功率对于晶体也有显著影响，仅在上述加热功率范围时，制备的光子晶体材料的两晶相排布有序，当功率升高时，两相逐渐变得复杂无序的片层状结构。本专利技术通过控制特定的晶体生长速率以及加热功率制备获得了具有周期排列以及两晶相分离微纳结构的光子晶体材料。
16、优选地，所述步骤s2中，控制晶体的生长速率为2～4mm/min。进一步本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种光子晶体材料，其特征在于，所述光子晶体材料的化学式为Al2O3/RE(1-x)AlO3:xLn3+，所述光子晶体材料由基质晶相和发光晶相周期排列组成，所述基质晶相为Al2O3，所述发光晶相为稀土铝酸盐晶体RE(1-x)AlO3:xLn3+；其中，RE选自Sc、Y、La、Gd、Lu中的一种或多种，Ln3+选自稀土激活离子Tb3+或Eu3+，x的取值范围为0.01～0.15。
2.根据权利要求1所述光子晶体材料，其特征在于，x的取值范围为0.07～0.11。
3.根据权利要求1所述光子晶体材料，其特征在于，RE选自Y、La、Gd、Lu中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述光子晶体材料，其特征在于，所述发光晶相的直径范围为350～860nm。
5.权利要求1～4任一项所述光子晶体材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，控制晶体的生长速率为2～4mm/min。
7.根据权利要求5或6所述制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述微下降晶体生长炉
8.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述高温固相反应的反应温度为1400～1500℃。
9.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述保护气体为N2，保持微下降晶体生长炉腔室的压力为40～200mbar。
10.权利要求1～4任一项所述光子晶体材料在无损光导、光子调制以及激光显示的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种光子晶体材料，其特征在于，所述光子晶体材料的化学式为al2o3/re(1-x)alo3:xln3+，所述光子晶体材料由基质晶相和发光晶相周期排列组成，所述基质晶相为al2o3，所述发光晶相为稀土铝酸盐晶体re(1-x)alo3:xln3+；其中，re选自sc、y、la、gd、lu中的一种或多种，ln3+选自稀土激活离子tb3+或eu3+，x的取值范围为0.01～0.15。
2.根据权利要求1所述光子晶体材料，其特征在于，x的取值范围为0.07～0.11。
3.根据权利要求1所述光子晶体材料，其特征在于，re选自y、la、gd、lu中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述光子晶体材料，其特征在于，所述发光晶相的直径范围为350～860nm。<...
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