【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于纳米光学显示设备，具体涉及基于单一镧系er3+离子激发态布居调控的彩色显示系统及显示方法。
技术介绍
1、多色上转换发光在彩色显示、多色光学编码、高级防伪、多色荧光成像与治疗等领域都有广阔的应用前景，实现精确可控的多色上转换发光具有重要的研究意义和应用价值。在过去的几十年里研究人员在上转换多色发光调控方面已进行了大量研究，例如通过共掺多种镧系发光离子、通过核壳结构分层掺杂不同的镧系发光离子或混合多种发光纳米材料等方式来获得多色上转换发光。然而，这些基于多个镧系发光离子的方法通常会引起激发光串扰、多个发光过程相互干扰、有害的能量传递等问题，导致多色上转换发光存在相互重叠、发光颜色不均匀、亮度不一致，严重限制了彩色显示成像的色像素和光学分辨率，阻碍了多色上转换发光材料在显示领域的应用与发展。
2、因此，开发一种更简单的基于单一镧系离子的多色上转换发光调控方法具有重要意义。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的基于多个镧系发光离子的方法通常会引起激发光串扰、多个发光过程相互干扰、有害的能量传递等问题，本专利技术提供了基于单一镧系er3+离子激发态布居调控的彩色显示系统及显示方法，本专利技术的显示系统的彩色显示基质是基于单一镧系er3+离子掺杂的nayf4纳米材料作为发光介质、高分子材料作为三维显示固体介质、通过掺杂或共聚的方法制备出的具有高透明度的基于纳米晶/高分子复合材料。基于单一镧系发光er3+离子的多色发光调控(绿色、黄绿色、黄色、橙色、红色)，可以获得
2、本专利技术的多色上转换发光调控机理如下：
3、在980nm近红外光激发下，er3+离子吸收980nm光子从基态4i15/2能级跃迁到4f7/2能级，随后非辐射弛豫到绿光发射能级2h11/2/4s3/2，最后通过2h11/2/4s3/2→4i15/2跃迁回到基态产生绿光发射。当980nm近红外光结合1973nm近红外光协同激发时，增加1973nm近红外光激发功率促使er3+离子通过980/1973nm双光子过程布居到红光发射能级4f9/2能级，随后辐射弛豫回到4i15/2基态产生红光发射。通过功率可调的980/1973nm近红外光协同激发实现对单一镧系er3+离子激发态布居调控，最终获得由绿色到黄绿色、黄色、橙色再到红色可调的动态多色上转换发光。
4、本专利技术通过如下技术方案实现：
5、一种基于单一镧系er3+离子激发态布居调控实现多色上转换发光的显示系统，包括基于单一镧系er3+离子掺杂nayf4纳米颗粒/高分子复合材料的三维/二维彩色固体显示基质、光学透镜组、980/1973nm协同激发激光系统及激光扫描仪；所述光学透镜组包括激光准直透镜及长焦透镜；所述980/1973nm协同激发激光系统由980nm近红外连续激光与1973nm近红外连续激光通过波分复用器耦合而成；所述耦合的两束激光通过长焦透镜汇聚在三维/二维彩色固体显示基质的立体/平面空间定点位置处，通过调节980/1973nm协同激发的激发功率，并利用激光扫描仪进行彩色显示成像；所述激光扫描仪用于根据设定好的立体图像数据控制激光汇聚点在彩色固体显示基质中做x、y、z轴三个方向的扫描，通过调节980/1973nm协同激发的激发功率并利用人眼视觉的暂留效应，可获得由无数个纳米体像素点组成的彩色三维显示图像。
6、进一步地，所述凸透镜的焦距为5-25mm，所述长焦透镜的焦距为3-15cm。
7、进一步地，所述三维/二维彩色固体显示基质是由nayf4:er(1-20％)上转换纳米材料作为发光介质、高分子材料作为三维显示固体介质、通过掺杂或共聚的方法制备出的具有高透明度的基于nayf4:er/高分子复合材料的三维/二维彩色固体显示基质。
8、进一步地，所述高分子材料为环氧树脂ab胶、聚甲基丙烯酸甲酯或聚二甲基硅氧烷。
9、进一步地，所述单一镧系er3+离子掺杂nayf4纳米颗粒通过热共沉淀法制备得到，所述方法具体包括如下步骤：
10、取50ml两口圆底烧瓶作为反应容器，将按预定比例总量为0.4mmol的y(ch3coo)3、er(ch3coo)3的水溶液加入3ml油酸和7ml十八烯，将所得混合物在150℃下搅拌60分钟来除去水和低沸点的溶剂分子，形成油酸配合物前驱体；将所得混合物冷却至室温后，加入4mlnh4f(0.4mol/l)和2ml naoh(0.5mol/l)的甲醇溶液并升温至50℃连续搅拌30分钟，然后升温到100℃后在真空条件下保持10分钟来除去甲醇，之后在惰性气体保护下升温至290℃反应90分钟；待反应结束后冷却至到室温，通过离心分离沉淀制备的纳米颗粒，再使用环己烷和乙醇反复洗涤几次，最后将产物分散在环己烷中。
11、进一步地，所述基于单一镧系er3+离子掺杂nayf4纳米颗粒/高分子复合材料的三维/二维彩色固体显示基质的制备方法，具体步骤如下：
12、将含有nayf4:er纳米颗粒(30mg/ml)的环己烷溶液分散在环氧树脂中，在室温下搅拌20分钟，随后加入固化剂，在室温下搅拌30分钟；其中，纳米颗粒的环己烷溶液、环氧树脂与固化剂的体积比为1：2.5：1；待完全充分混合后，将混合物离心分离5min除去气泡，随后倒入硅胶模具中在真空干燥箱中加热到50℃固化48h，冷却至室温后脱模，即制得纳米材料/环氧树脂ab胶复合材料彩色固体显示基质。
13、另一方面，本专利技术还提供了一种基于单一镧系er3+离子激发态布居调控实现多色上转换发光的显示系统的显示方法，具体包括如下步骤：
14、步骤一：通过掺杂或共聚的方法将nayf4:er纳米材料与环氧树脂ab胶结合，倒入各种几何形状(如长方体和矩形)的硅胶模具中进行固化，制备得到高透明度的基于纳米晶/高分子复合材料的彩色显示基质；
15、步骤二：将980nm近红外连续激光与1973nm近红外连续激光通过波分复用器耦合而成的激光系统作为泵浦源，通过长焦透镜将耦合激光汇聚在三维/二维彩色固体显示基质的立体/平面空间定点位置处；
16、步骤三：通过3d建模软件输出图像数据，利用激光扫描仪主控制器接收信号，控制激光汇聚点在彩色固体显示基质中做x、y、z轴三个方向的扫描，通过调节980/1973nm协同激发的激发功率并利用人眼视觉的暂留效应，可获得由无数个纳米体像素点组成的彩色三维显示图像。
17、进一步地，所述调节980/1973nm协同激发的激发功率，具体是通过固定980nm激发光的激本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于单一镧系Er3+离子激发态布居调控实现多色上转换发光的显示系统，其特征在于，包括基于单一镧系Er3+离子掺杂NaYF4纳米颗粒/高分子复合材料的三维/二维彩色固体显示基质、光学透镜组、980/1973nm协同激发激光系统及激光扫描仪；所述光学透镜组包括激光准直透镜及长焦透镜；所述980/1973nm协同激发激光系统由980nm近红外连续激光与1973nm近红外连续激光通过波分复用器耦合而成；所述耦合的两束激光通过长焦透镜汇聚在三维/二维彩色固体显示基质的立体/平面空间定点位置处，通过调节980/1973nm协同激发的激发功率，并利用激光扫描仪进行彩色显示成像；所述激光扫描仪用于根据设定好的立体图像数据控制激光汇聚点在彩色固体显示基质中做X、Y、Z轴三个方向的扫描，通过调节980/1973nm协同激发的激发功率并利用人眼视觉的暂留效应，可获得由无数个纳米体像素点组成的彩色三维显示图像。
2.如权利要求1所述的一种基于单一镧系Er3+离子激发态布居调控实现多色上转换发光的显示系统，其特征在于，所述凸透镜的焦距为5-25mm，所述长焦透镜的焦距为3-15cm。<...
【技术特征摘要】
1.一种基于单一镧系er3+离子激发态布居调控实现多色上转换发光的显示系统，其特征在于，包括基于单一镧系er3+离子掺杂nayf4纳米颗粒/高分子复合材料的三维/二维彩色固体显示基质、光学透镜组、980/1973nm协同激发激光系统及激光扫描仪；所述光学透镜组包括激光准直透镜及长焦透镜；所述980/1973nm协同激发激光系统由980nm近红外连续激光与1973nm近红外连续激光通过波分复用器耦合而成；所述耦合的两束激光通过长焦透镜汇聚在三维/二维彩色固体显示基质的立体/平面空间定点位置处，通过调节980/1973nm协同激发的激发功率，并利用激光扫描仪进行彩色显示成像；所述激光扫描仪用于根据设定好的立体图像数据控制激光汇聚点在彩色固体显示基质中做x、y、z轴三个方向的扫描，通过调节980/1973nm协同激发的激发功率并利用人眼视觉的暂留效应，可获得由无数个纳米体像素点组成的彩色三维显示图像。
2.如权利要求1所述的一种基于单一镧系er3+离子激发态布居调控实现多色上转换发光的显示系统，其特征在于，所述凸透镜的焦距为5-25mm，所述长焦透镜的焦距为3-15cm。
3.如权利要求1所述的一种基于单一镧系er3+离子激发态布居调控实现多色上转换发光的显示系统，其特征在于，所述三维/二维彩色固体显示基质是由nayf4:er上转换纳米材料作为发光介质、高分子材料作为三维显示固体介质、通过掺杂或共聚的方法制备出的具有高透明度的基于nayf4:er/高分子复合材料的三维/二维彩色固体显示基质。
4.如权利要求3所...
【专利技术属性】
技术研发人员：贾恒，赵佳，秦伟平，刘维霞，霍智强，冯晓锐，滕英跃，何伟艳，张印民，白雪，
申请(专利权)人：内蒙古工业大学，
类型：发明
国别省市：
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