一种具有频率协同转光光致发光材料及制备方法和使用技术

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光致发光材料及其制备方法和使用，特别涉及一种具有频率协同转光光致发光材料及其制备方法和使用。
技术介绍
照明、显示和光伏技术的发展使得光致发光材料成为倍受重视的功能性材料。然而现有的光致发光材料只局限于单一激发方式，如灯粉、农用转光膜多利用高频光的下转换进行发光、三维立体显示、生物标记等光致发光材料主要利用低频光的上转换机制进行光的发射。当前的上转换效率极低，就连最好的上转换材料NaYF4:2%Er3+，18%Yb3+的上转换效率才有3%，这严重制约了它的应用。更值得注意的是，太阳能电池只能选择性地吸收中间较窄频段的太阳光，这也严重制约其光伏效率的进一步提高。如果能通过联合上转换和下转换两种方式，将高频段和低频段同时实现双向转换，并将它们转换到光子应用技术所需要的最佳中频段，这样就能达到显著提高光能利用率的目的。从物理学角度讲，如果能利用一种反馈式能量传递实现一种无损耗或低损耗的上转换和下转换联合的能量共转换过程，即蓝光-红外光或紫光-红外光双频协同转光，则对光频谱转换技术是一个重大的贡献。这个过程中处于一个高能激发态的发光中心离子回落到低能态所释放的能量以无辐射方式转移给邻近的发光中心离子，并激发这个发光中心离子使它从某个低能态跃迁到高能态，这个能量传递过程对上转换起协助作用，再经过辐射跃迁过程发出中频光。蓝光-红外光和紫光-红外光双频协同转光能使高能态的发光中心离子回落到达的新激发态能量位置，从新的激发态发射出的两个光子恰好落在某种光子应用技术的高效吸收利用频带范围内。这样的发光过程中，能量传递能将上、下转换过程耦合起来，使转换发光过程整体上具有了某种协同性，而且还能对转换效率起进一步的增强作用。也就是说，这种新型发光方式实现了上、下转换发光的效率的非线性叠加，从而使得在上转换激发光和下转换激发光共同激发下的发射光强度大于单独上转换的光发射强度和单独下转换的光发射强度之和。此外，由于能量传递过程中下转换的无辐射能量被转移并利用，无辐射造成的热效被消除，可大大削弱发光过程的热效应，减少对相关光子器件危害。所以，若能找到这样的材料会具有很好的应用前景。
技术实现思路
为了实现上述蓝光-红外光或紫光-红外光双频协同转光，本专利技术公开了一种具有频率协同转光光致发光材料及制备方法和使用，具有可以在同一种材料中使某一频率的光强大于2倍的增效，而且制备方法简单。本专利技术的技术方案为一种具有频率协同转光光致发光化学材料，材料的化学成分为符合 ABnyFzErxCy，0<x ^ 0. 5, 0 彡 y 彡 0. 5，ζ 为 4 ；或者满足 AB2_x_yFzErxCy， 0<x彡0. 5，0彡y彡0.5，ζ为8 ；其中A为金属元素Li、Na、K、Ba中的任意一种；B为稀土元素Y和Gd中的任意一种；C为稀土元素Tm和Ho中的任意一种。制备所述的具有频率协同转光光致发光材料的方法，采用常规的高温固相法或水热合成法制备。所述的高温固相法具体是按计量比将各元素的氟化物研磨、烘干后，在管式炉中煅烧，HF气氛由NH4HF2或NH4F分解提供；或者按计量比将各元素的硝酸盐或盐酸盐与 NH4HF2或NH4F溶液反应得到沉淀，蒸干后进入管式炉煅烧；在管式炉中煅烧温度为700 1000°C，煅烧时间为4 10个小时。所述的水热合成法具体是按化学计量比配制金属元素的硝酸盐或盐酸盐，将螯合剂滴加入金属元素的硝酸盐或盐酸盐溶液中，反应充分后再加入沉淀剂，在160 220°C 水热合成14 36 h，自然冷却后，将得到的沉淀洗涤、烘干得到结构为微米管、微米棒、微米球、微米花或三脚微米管的具有频率协同转光光致发光材料。所述的沉淀剂为LiF、NaF, NH4F中的任一种，所述的螯合剂为柠檬酸三钠、乙二胺四乙酸二钠、十六烷基三甲基溴化铵或聚乙烯吡咯烷酮中的一种。一种所述的具有频率协同转光光致发光材料的使用方法，同时使用紫外光和红外光，或者蓝光和红外光作为激发源对材料进行激发；所述的紫外光波长为340 385nm，所述的蓝光波长为425 470nm，所述的红外光波长为970 1064nm或1500 1600nm。发出中心波长为659 nm的强烈红光的条件为紫外光波长为370nm或442nm，红外光波长为980nm或1540nm。一种所述的具有频率协同转光光致发光材料在制备太阳能光伏电池及农业转光膜中的应用。有益效果(1)本专利技术提出了一种协同转光机理，从机理上提出了解决热损失和子带损失的方法， 为实现太阳能电池光伏增效提供了理论指导。(2)本专利技术制得的材料实现了在同一种材料中某一频率的光的光强大于2倍的增效，这消除了绝大部分热损失和子带损失，为实现太阳能电池光伏增效提供了实验基础。(3)本专利技术的组成成分简单，工艺简单，合成容易，稳定性高，成本低，适于大规模生产。附图说明图1为单离子A3+双向协同转光机制图。其中，①高频光激发②低频光激发③正反馈能量传递④中频光发射。图2为样品NaGdtl. 80Er0.20F4的发射峰659nm的激发谱。图3 为样品 NaGda 8(1Era2QF4 在 442nm 和 1540nm 共同激发下，或 370nm 和 1540nm 共同激发下的荧光光谱。图4为花形材料NaYtl. 79Er0.20F4Ho0.01的扫描电镜图。图5为球形材料NaGdtl. 80Er0.20F4的扫描电镜图。图6为棒状材料NaGdtl. 80Er0.20F4的扫描电镜图。图7为管状材料NaGdtl. 80Er0.20F4的扫描电镜图。图8为三脚微米管状材料NaGdtl. 80Er0.20F4的扫描电镜图。具体实施例方式提出了正反馈式协同频率转光机制，并给出了具有正反馈式协同频率转光性能的相关材料的制备方法。其内容主要包括提出了正反馈式协同频率转光机制，见图1。该机制是利用稀土离子的能级匹配特征同时实现下转换和上转换的正反馈式协同频率转光的机制。通过稀土离子能级间的交叉驰豫，实现正反馈式能量传递过程，消除了无辐射驰豫带来的热损失。一种具有频率协同转光光致发光化学材料，一种具有频率协同转光光致发光化学材料，材料的化学成分为符合ABmFzErxCy, 0<x ^ 0. 5, 0 ^ y ^ 0. 5, ζ为4 ；或者满足 AB2_x_yFzErxCy，0<x彡0. 5，0彡y彡0. 5，ζ为8 ；其中A为金属元素Li、Na、K、Ba中的任意一种；B为稀土元素Y和Gd中的任意一种；C为稀土元素Tm和Ho中的任意一种。制备所述的具有频率协同转光光致发光材料的方法，采用常规的高温固相法或水热合成法制备。所述的高温固相法具体是按X，y, ζ不同的取值，将各元素的氟化物如％F3、 YF3> Tm F3> ErF3> BaF2, LiF、NaF、KF、HoF3, DyF3, TbF3, GdF3, EuF3, SmF3, NdF3, PrF3 和 CeF3 中一种或几种为原材料，均勻混合后研磨半小时，然后加入一定体积的无水乙醇继续研磨一个小时。无水乙醇的体积为稀土氟化物体积的1/2。将研磨后的混合物放入刚玉坩埚中并在50 80°C空气中烘干2小时。将盛放混合物刚玉坩埚移入到管式炉中，另取一坩埚本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种具有频率协同转光光致发光化学材料，其特征在于：材料的化学成分为符合ＡＢ１－ｘ－ｙＦｚＥｒｘＣｙ，　０（ｘ≤０．５，　０≤ｙ≤０．５，　ｚ为４；或者满足ＡＢ２－ｘ－ｙＦｚＥｒｘＣｙ，　０（ｘ≤０．５，　０≤ｙ≤０．５，ｚ为８；其中Ａ为金属元素Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｂａ中的任意一种；Ｂ为稀土元素Ｙ　和Ｇｄ中的任意一种或几种；Ｃ为稀土元素Ｔｍ和Ｈｏ中的任意一种。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：颜晓红，王祥夫，施瑶瑶，林涵，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：84