上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的合成與應(yīng)用

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1、上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的合成與應(yīng)用楊志萍杜海燕孫家躍*(北京工商大學(xué)化工學(xué)院,北京100037)摘要綜述了目前國(guó)內(nèi)外上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的幾種合成方法,包括傳統(tǒng)的高溫固相合成法、溶膠-凝膠法、水熱合成法、共沉淀法等?？偨Y(jié)了不同方法的優(yōu)缺點(diǎn),對(duì)上轉(zhuǎn)換材料合成方法的發(fā)展進(jìn)行了展望。并介紹了上轉(zhuǎn)換技術(shù)的一些應(yīng)用。關(guān)鍵詞上轉(zhuǎn)換,發(fā)光材料,合成方法SyntheticmethodsandapplicationofupconversionluminescencematerialsYangZhipingDuHaiyanSunJiayue(SchoolofChemicalEngineering,BeijingTechn

2、ologyandBusinessUniversity,Beijing100037)AbstractThispapergeneralizedseveralsyntheticmethodsofthismaterialsusedpresentlyathomeandabroad.Thesyntheticmethodsincludedhightemperaturesolidmethod,so-lgelprocess,hydrothermalsynthesis,co-precipitationmethodandsoon.Theadvantagesanddisadvantagesofeverymeth

3、odwerediscussed.Moreover,thesyntheticmethodsofupconversionluminescencematerialsforfurtherdevelopmentwereprospected.Theapplicationofupconversiontechnologywasintroduced.Keywordsupconversion,luminescencematerial,syntheticmethods上轉(zhuǎn)換發(fā)光是在60年代發(fā)展起來的,并廣泛應(yīng)用于紅外的一種發(fā)光技術(shù)。自80年代以來,利用稀土離子的上轉(zhuǎn)換效應(yīng),覆蓋紅綠藍(lán)所有可見光波長(zhǎng)范圍都獲得了

4、連續(xù)室溫運(yùn)轉(zhuǎn)、較高效率和較高輸出功率的上轉(zhuǎn)換激光輸出[1-3]。上轉(zhuǎn)換現(xiàn)象自針對(duì)紅外夜視這個(gè)背景發(fā)展起來,到目前為止已經(jīng)在世界范圍內(nèi)引起了廣泛興趣。隨著上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料在激光技術(shù),光纖通訊技術(shù),纖維放大器,光信息存儲(chǔ)和顯示等領(lǐng)域的應(yīng)用,使得上轉(zhuǎn)換發(fā)光的研究取得了很大的進(jìn)展。不同上轉(zhuǎn)換材料的不斷涌現(xiàn),隨之也出現(xiàn)了一些新的合成方法,以進(jìn)一步提高上轉(zhuǎn)換材料的發(fā)光性能。本文綜述了上轉(zhuǎn)換材料的合成方法,分析了各方法的優(yōu)缺點(diǎn),并介紹了上轉(zhuǎn)換技術(shù)的應(yīng)用。1高溫固相法高溫固相法是一種傳統(tǒng)的合成方法。這種方法是將高純的原料按一定比例稱量,充分混合均勻之后裝入坩堝中,然后放入高溫爐中,在特定的條件下(溫度、氣

5、氛、反應(yīng)時(shí)間)進(jìn)行燒結(jié)得到產(chǎn)品。溫度,壓力和添加劑等都會(huì)影響固相反應(yīng)。目前仍然是合成上轉(zhuǎn)換材料的主要方法之一。一直以來,人們?cè)谏限D(zhuǎn)換材料的研制過程中,把主要精力都集中在單晶或玻璃制品構(gòu)成的體材上。這種材料生長(zhǎng)很容易,能拉制成光纖,在綠光、紅光波段可以發(fā)出上轉(zhuǎn)換激光。目前有關(guān)玻璃制品制備方法的報(bào)道,只有高溫固相法。許多科學(xué)工作者已經(jīng)利用高溫固相法合成了不同稀土離子摻雜的碲酸鹽玻璃[4-5]、ZBLAN玻璃[6]、鉍酸鹽玻璃[7]、硼酸鹽玻璃[8]和氧氯鉍鍺酸鹽玻璃[9]等許多上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料。另外,也有不少研究者們利用此方法制備出粉體材料,如NaYF4:Er3+、Tm3+、Yb3+,940n

6、m激發(fā)源下實(shí)現(xiàn)了上轉(zhuǎn)換白色光輸出[10]。候秀潔等[11-13]通過固相法,得到了紅色,綠色及藍(lán)色上轉(zhuǎn)換材料,這項(xiàng)發(fā)明工藝簡(jiǎn)單,化學(xué)成本低廉,材料發(fā)光效率高,而且有適合工業(yè)發(fā)展的特點(diǎn)。鄭巖等[14]提供了一種彩色上轉(zhuǎn)換材料的制備方法,發(fā)出了紅色、藍(lán)色和綠色光。利用高溫固相法合成材料的主要優(yōu)點(diǎn)是:微晶的晶體質(zhì)量?jī)?yōu)良,表面缺陷少,發(fā)光效率高,操作簡(jiǎn)便,工藝成熟,便于進(jìn)行工業(yè)化。缺點(diǎn)是此種方法需要較高溫度,而且材料容易被氧化。對(duì)于制備樣品的粒度,非晶態(tài)都達(dá)不到預(yù)期的結(jié)果。2水熱合成法這是一種新型的無機(jī)合成方法。在水熱條件下,反應(yīng)物以各種配合物的形式進(jìn)行溶解,水分子本身參與了這個(gè)過程,屬于液相反

7、應(yīng)。這種方法突出的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)所需的溫度低,材料的生成過程容易控制。合成材料晶相好,物相均勻及產(chǎn)物產(chǎn)率高等。有關(guān)這類方法的報(bào)道1982年開始受到重視。利用該方法已成功的合成了多種上轉(zhuǎn)換材料。如NaYF4:Ho3+、Tm3+、Yb3+[15],YLiF4:Er3+、Tm3+、Yb3+[16-17],KZnF3:Er3+、Yb3+[18]等。例如,YLiF4:Er3+、Tm3+、Yb3+[16-17]的合成,將Y2O3、LiF、NH4HF