上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料基質(zhì)的選擇

臧國鳳

（廣州工程技術(shù)職業(yè)學(xué)院石化工程系，廣東廣州 510900）

上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料基質(zhì)的選擇

臧國鳳

（廣州工程技術(shù)職業(yè)學(xué)院石化工程系，廣東廣州 510900）

上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料對基質(zhì)材料的選取也有很高的要求，相同激活劑離子在不同基質(zhì)材料中的發(fā)光強度差別非常大，而我們一般會選擇合適的基質(zhì)材料來確保滿足實際應(yīng)用的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料。分別列舉了4種基質(zhì)材料：氟化物基質(zhì)、氧化物基質(zhì)、鹵化物基質(zhì)和硫化物基質(zhì)材料進行一一對比說明。

上轉(zhuǎn)換發(fā)光；基質(zhì)；氟化物

選擇基質(zhì)材料至關(guān)重要的原因是，我們要得到的是可以使激活離子能夠產(chǎn)生特定能激光的摻雜離子的晶體場的選擇是多種多樣的，所以上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料基質(zhì)選擇的重要性可想而知。本文就上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料基質(zhì)進行介紹。

眾所周知，基質(zhì)材料主要包含有4個體系，分別是：稀土氟化物、稀土氧化物、稀土鹵化物和稀土含硫的化合物?；|(zhì)材料的作用是為激活離子提供可以使其產(chǎn)生合適發(fā)射的晶體場。稀土氧化物作為一種優(yōu)質(zhì)的發(fā)光材料，在顯示照明等領(lǐng)域顯得尤為重要。Y2O3：Eu3+是紅色熒光材料，發(fā)光效果好，光衰小，熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性好，并具有一定的涂覆性能，在彩色顯像管、投影電視、三基色節(jié)能熒光燈領(lǐng)域使用率較高。

摻雜稀土離子的重金屬鹵化物稱為上轉(zhuǎn)換鹵化物材料，例如摻雜Er3+的Cs3Lu2Br9［1］和ZnCl2-CdCl2鹵化物能級非常低，多聲子馳豫也非常少，發(fā)光效率比較高。單方面從機制的聲子能量進行比較，氧化物＜氟化物＜氯化物，由此可以看出氯化物的發(fā)光效率比較強，但是，從基質(zhì)材料的穩(wěn)定性來看正好相反。所以說，許多科學(xué)家研究的焦點是尋找發(fā)光效率和穩(wěn)定性一致的新型基質(zhì)材料。

在聲子能量這方面，硫化物材料和氟化物很相近，都是比較低一些，發(fā)光效率也是比較強一些。然而，其在制備條件方面受到了很大的限制，從而影響了其的使用，其制備必須隔絕空氣，并且無水的存在才可進行。目前，現(xiàn)有的硫化物材料如Gd2O3-LaS3：Yb3+，Pr3+和CaS：Eu2+。

很早就已經(jīng)開始對稀土離子摻雜在氟化物晶體中的上轉(zhuǎn)換材料進行研究。如Antipenko1987年報道了Yb3+，Er3+：BaF2晶體在室溫條件下采用雙波長1 054nm和1 540nm泵浦方式獲得670nm的上轉(zhuǎn)換紅光輸出。Heine等1994年報道Er3+：LiYF4晶體在室溫條件下采用810nm泵浦方式獲得551nm的上轉(zhuǎn)換綠光輸出。雖然盡年對氧化物基質(zhì)材料的研究較多，原因是氧化物基質(zhì)有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)和工藝制備簡單等優(yōu)點，但是在聲子能量方面，其性能不足。更具有優(yōu)勢的是具有較低聲子能量和較高上轉(zhuǎn)換發(fā)光效率的基質(zhì)材料—氟化物。研究的重點是既希望找到具有氟化物那樣高上轉(zhuǎn)換效率，同時又有氧化物那種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的新型基質(zhì)材料，為的是能夠在實際應(yīng)用中得以開發(fā)。

稀土摻雜的氟化物，具有的特點較具優(yōu)勢，例如，其晶體場較弱；有其他基質(zhì)材料沒有的寬波長的光學(xué)透過性；以及具有的折射率較??；而最重要的優(yōu)勢是，在摻入激活劑的稀土離子后，從提高發(fā)光效率的方面，它具有聲子能量低、并且可以促使激發(fā)態(tài)稀土離子在非輻射躍遷上的躍遷幾率降低。而目前稀土摻雜的氟化物已經(jīng)成為上轉(zhuǎn)換白光基質(zhì)的首選材料。

氟化物基質(zhì)在稀土摻雜過程中，由于在紫外波長范圍內(nèi)的Gd3+，既有有吸收，還能促使激活離子和基質(zhì)之間的能量傳遞。氟化釓是一種化學(xué)穩(wěn)定性好、低折射率、不溶解、而且其紅外透射的性能很好。氟化釓的晶體用途有以下幾點：作光纖摻雜、光學(xué)鍍膜、激光放大器、激光晶體等。外層結(jié)構(gòu)無4電子的Gd3+，由于殼層比較密閉，所以屬于熒光惰性離子。從而說明了它是合適的基質(zhì)材料，在研究稀土離子光譜性質(zhì)方面。它被廣泛應(yīng)用到各種領(lǐng)域的發(fā)光材料中，正是由于它的量子效率高以及能夠發(fā)射單色性好的紅色熒光。

氟化釓鈉（NaGdF4）是良好的發(fā)光主體材料，因為其具有高輻射發(fā)光率，窄發(fā)光帶，在高溫下的穩(wěn)定性和耐用性，同時其具有強烈的激勵光源，在照明和顯示設(shè)備，光通信，固態(tài)激光器等方面有廣泛的用途。由于稀土摻雜熒光粉的發(fā)光性能是很敏感的，所以可以通過調(diào)整該熒光粉晶體區(qū)域來改變其敏感度。

所以，GdF3和NaGdF4作為熒光基質(zhì)的材料是比較符合大眾要求的一個理想材料，目前已經(jīng)被當(dāng)作課題研究的一個熱點。同時，具有正交結(jié)構(gòu)的GdF3晶體，和具有六方結(jié)構(gòu)和立方結(jié)構(gòu)的NaGdF4晶體都已成為關(guān)注的重點，尤其是更加理想的具有六方晶體結(jié)構(gòu)的NaGdF4，已然成為一種熱門的發(fā)光基質(zhì)材料［2-3］。

［1］ Gudel H U，Pollnau M.Near-infrared to visible photon upconversion processes in lanthanide doped chloride，bromide and iodide lattices［J］. J.Alloys Compd.，2000，（303-304）：307-315.

［2］ Liu Y S，Tu D T，Chen X Y，et al.Adv.Mater.，2010，22：3266-3271.

［3］ YOU Fang-Tian，WANF Ying-Xia，LINJian-Hua.Chinese J.Inorg. Chem.2001，17：27-31.

Upconversion Luminescent Material Matrix Selection

Zang Guo-feng

Upconversion luminescent materials have high requirements on the selection of host materials.The emission intensity of the same activator ions in different matrix materials is very different.Luminescent materials.The four matrix materials are listed as follows：the fl uoride matrix，the oxide matrix，the halide matrix and the sulfi de matrix material.

Upconversion luminescence；Matrix；Fluoride

O482.3

A

1003-6490（2016）07-0064-01

2016-07-18

臧國鳳（1987—），女，遼寧人，初級教師，主要研究方向為光功能材料。