CN102061163B - 一种调控稀土发光体上转换发光颜色的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种调控稀土发光体上转换发光颜色的方法，具体是通过反蛋白石光子晶体的光子带隙调控的稀土发光体的上转换发光颜色，属于光子晶体和上转换发光技术领域。本发明的特征在于，通过改变蛋白石模板中微球的大小调控反蛋白石光子晶体的周期结构尺寸，实现稀土发光体的上转换发射峰和光子带隙的带边重叠，增强上转换发射峰的发光强度，从而实现稀土发光体上转换发光的颜色可调。本发明在上转换发光显示等领域具有重要的应用价值。
Description
技术领域
本发明公开了一种调控稀土发光体上转换发光颜色的方法，具体是通过反蛋白石光子晶体的光子带隙调控的稀土发光体的上转换发光颜色，属于光子晶体和上转换发光技术领域。
背景技术
上转换发光是指在光致发光的激发过程中，在长波长光的激发下产生短波长的光发射。上转换发光在激光技术、光纤通讯技术、光纤放大器、三维立体显示、红外探测技术与防伪等方面具有广泛的应用前景。上转换发光材料在三维显示领域的实际应用中遇到的主要“瓶颈”问题是发光过程的不可操控导致调节其颜色很困难。
光子晶体(Photonic Crystal)或称为光子带隙结构的概念是在1987年由美国科学家John和Yablonovitch分别独立提出的，它是由不同折射率的材料在空间交替构成的一种周期结构。与半导体材料对电子波函数的调制相似，光子晶体能够调制具有相应波长的光；光在光子晶体中传播时受到周期性结构的调制，形成能带结构，能带之间存在带隙，即光子带隙。光子带隙可以通过对材料中光子态密度的改变来调制其自发辐射，如果稀土离子的上转换发光的辐射跃迁能量恰好落在光子带隙内，光子带隙中光子的态密度减小，上转换发光受到抑制；而如果稀土离子的上转换发光的辐射跃迁能量恰好落在光子带隙边缘，光子的态密度增加，导致上转换发光增强，从而实现稀土发光体上转换发光的颜色可调。例如：Li Z X，Li L L，Zhou H P，Yuan Q，Chen C，Sun L D，Yan Chunhua.上转换光子晶体的颜色可调行为，化学通讯，(Colour modification action of an upconversionphotonic crystal，Chemistry Communication)2009，6616-6618.该文报道了通过调节稀土离子Er3+的上转换发射峰和光子带隙重叠，通过光子带隙抑制Er3+的520-570nm波长的上转换发射，实现了上转换发光的颜色可调行为。而本发明提出了通过光子带隙的带边增强上转换发射峰的发光强度，从而实现稀土发光体的上转换发光的颜色可调，本发明在上转换发光显示等领域具有重要的应用价值。
发明内容
本发明的目的是提出一种调节稀土发光体上转换发光颜色的方法，具体是通过改变蛋白石模板微球的大小调控反蛋白石光子晶体的周期结构尺寸，实现稀土发光体的上转换发射峰和反蛋白石光子晶体的光子带隙的带边重叠，增强上转换发射峰的发光强度，从而实现稀土发光体上转换发光的颜色可调。
本发明一种调控稀土发光体上转换发光颜色的方法，其特征在于：通过改变蛋白石模板微球的大小调控反蛋白石光子晶体的周期结构尺寸，实现稀土发光体的上转换发射峰和反蛋白石光子晶体的光子带隙的带边重叠，增强上转换发射峰的发光强度，从而实现稀土发光体上转换发光的颜色可调行为。
制备反蛋白石光子晶体的基质材料是磷酸盐、硅酸盐、氧化物，硼酸盐、铝酸盐、硫化物或卤化物。
所述的磷酸盐是铒掺杂磷酸镱(Yb0.8Er0.2PO4)。
反蛋白石光子晶体的光子带隙位置在300nm～800nm范围内选择。
按如下步骤实现：
A通过自组装方法制备出蛋白石光子晶体；
B采用溶胶-凝胶法制备出稀土离子掺杂的磷酸盐、氧化物、硅酸盐、铝酸盐、硼酸盐等材料体系的溶胶；
C将上述溶胶填入自组装法制备的蛋白石模板中，通过高温煅烧后得到稀土离子掺杂的发光体基反蛋白石光子晶体。
所述的磷酸盐是铒掺杂磷酸镱(Yb0.8Er0.2PO4)。
本发明的调控稀土发光体上转换发光颜色的方法，通过改变蛋白石模板中微球的大小调控反蛋白石光子晶体的周期结构尺寸，实现稀土发光体的上转换发射峰和光子带隙的带边重叠，增强上转换发射峰的发光强度，从而实现稀土发光体上转换发光的颜色可调。本发明在上转换发光显示等领域具有重要的应用价值。
本发明涉及的构成光子晶体的基质材料可以是磷酸盐、硅酸盐、氧化物，硼酸盐、铝酸盐、硫化物、卤化物。
本发明涉及的光子晶体的光子带隙位置可在300nm～800nm范围内选择。
本发明通过改变蛋白石模板中微球的大小调控反蛋白石光子晶体的周期结构尺寸，实现稀土发光体的上转换发射峰和光子带隙的带边重叠，增强上转换发射峰的发光强度，从而实现稀土发光体上转换发光的颜色可调。本发明在上转换发光显示等领域具有重要的应用价值。
附图说明
图1为本发明的反蛋白石光子晶体和无序样品的上转换光谱图。
具体实施方式
下面结合实例对本发明的技术方案作进一步的说明，但不仅仅限于该实例。本发明按如下步骤实现：
实施例1：铒掺杂磷酸镱(Yb0.8Er0.2PO4)反蛋白石光子晶体的上转换发光颜色可调蛋白石光子晶体的制备：
通过自组装方法制备出蛋白石光子晶体。
采用溶胶-凝胶法制备出稀土离子掺杂的磷酸盐、氧化物、硅酸盐、铝酸盐、硼酸盐等材料体系的溶胶。
将上述溶胶填入自组装法制备的蛋白石模板中，通过高温煅烧后得到稀土离子掺杂的发光体基反蛋白石光子晶体。
首先：将800ul直径为350nm单分散的聚苯乙烯微球或者350nm(600ul)和220nm(200ul)混合聚苯乙烯微球，加入到装有7ml水的称量瓶中，然后超声分散3分钟；其次：将4cm长，1cm宽，10mm厚的石英基板垂直的角度放入称量瓶中；最后：将称量瓶放入50℃培养箱中进行自组装。随着溶液的不断蒸干，聚苯乙烯微球在玻璃板上自组装成一元有序的蛋白石光子晶体和二元无序的模板。
Yb0.8Er0.2PO4溶胶的制备：
分析纯的P2O5、Yb2O3、Er2O3为主要原料。溶胶按最后化学计量式Yb0.8Er0.2PO4来配比原料。溶胶的制备过程如下：首先将0.1926g Er2O3和1.774g Yb2O3分别溶入5ml热硝酸中，直到Er2O3溶解，然后蒸发其溶解的热硝酸盐溶液，直到溶液变干，将蒸干的硝酸盐冷却后分别加入30ml无水乙醇；其次将和P2O5分别溶解在40ml无水乙醇中。最后将上面三种溶液混合，搅拌4h，得到Yb0.8Er0.2PO4的透明溶胶。
反蛋白石光子晶体的制备：
将制备的溶胶填充到一元有序的蛋白石光子晶体和二元无序的模板上，之后将填充有溶胶的一元有序的蛋白石光子晶体和二元无序的模板在850℃烧结10h。烧结后将制的Yb0.8Er0.2PO4反蛋白石光子晶体和无序的Yb0.8Er0.2PO4样品。
测试Yb0.8Er0.2PO4反蛋白石光子晶体和无序的Yb0.8Er0.2PO4样品的上转换光谱，如图1所示。从图1中看出：Yb0.8Er0.2PO4反蛋白石光子晶体的520nm上转换发光强度比无序的Yb0.8Er0.2PO4样品的强度强，实现了稀土离子铒上转换发光的颜色可调。
Claims (3)
1.一种调控稀土发光体上转换发光颜色的方法，其特征在于：通过改变蛋白石模板微球的大小调控反蛋白石光子晶体的周期结构尺寸，实现稀土发光体的上转换发射峰和反蛋白石光子晶体的光子带隙的带边重叠，增强上转换发射峰的发光强度，从而实现稀土发光体上转换发光的颜色可调行为；按如下步骤实现：
A通过自组装方法制备出蛋白石光子晶体；
B采用溶胶-凝胶法制备出稀土离子掺杂的磷酸盐、氧化物、硅酸盐、铝酸盐、硼酸盐材料体系的溶胶；
C将上述溶胶填入自组装法制备的蛋白石模板中，通过高温煅烧后得到稀土离子掺杂的发光体基反蛋白石光子晶体；
所述的制备反蛋白石光子晶体的基质材料是磷酸盐、硅酸盐、氧化物，硼酸盐、铝酸盐；
所述的反蛋白石光子晶体的光子带隙位置在300nm～800nm范围内选择；
所述的磷酸盐是铒掺杂磷酸镱。
2.根据权利要求1所述的调节稀土发光体上转换发光颜色的方法，其特征在于：所述的铒掺杂磷酸镱是Yb0.8Er0.2PO4。
3.根据权利要求1所述的调节稀土发光体上转换发光颜色的方法，其特征在于铒掺杂磷酸镱反蛋白石光子晶体的上转换发光颜色可调制作步骤如下：
1、蛋白石光子晶体的制备：
通过自组装方法制备出蛋白石光子晶体；
采用溶胶-凝胶法制备出稀土离子掺杂的磷酸盐、氧化物、硅酸盐、铝酸盐、硼酸盐等材料体系的溶胶；
将上述溶胶填入自组装法制备的蛋白石模板中，通过高温煅烧后得到稀土离子掺杂的发光体基反蛋白石光子晶体；
首先：将800ul直径为350nm单分散的聚苯乙烯微球或者将600ul直径为350nm聚苯乙烯微球和200ul直径为220nm聚苯乙烯微球混合，加入到装有7ml水的称量瓶中，然后超声分散3分钟；其次：将4cm长，1cm宽，10mm厚的石英基板垂直的角度放入称量瓶中，最后：将称量瓶放入50℃培养箱中进行自组装，随着溶液的不断蒸干，聚苯乙烯微球在玻璃板上自组装成一元有序的蛋白石光子晶体和二元无序的模板；
2、Yb0.8Er0.2PO4溶胶的制备：分析纯的P2O5、Yb2O3、Er2O3为主要原料；溶胶按最后化学计量式Yb0.8Er0.2PO4来配比原料；溶胶的制备过程如下：首先将0.1926g Er2O3和1.774g Yb2O3分别溶入5ml热硝酸中，直到Er2O3溶解，然后蒸发其溶解的热硝酸盐溶液，直到溶液变干，将蒸干的硝酸盐冷却后加入30ml无水乙醇；其次将P2O5溶解在40ml无水乙醇中，最后将上面三种溶液混合，搅拌4h，得到Yb0.8Er0.2PO4的透明溶胶；
3、反蛋白石光子晶体的制备：
将制备的溶胶填充到一元有序的蛋白石光子晶体和二元无序的模板上，之后将填充有溶胶的一元有序的蛋白石光子晶体和二元无序的模板在850℃烧结10h，烧结后将制得的Yb0.8Er0.2PO4反蛋白石光子晶体和无序的Yb0.8Er0.2PO4样品；
测试Yb0.8Er0.2PO4反蛋白石光子晶体和无序的Yb0.8Er0.2PO4样品的上转换光谱；从上转换光谱图中看出，Yb0.8Er0.2PO4反蛋白石光子晶体的520nm上转换发光强度比无序的Yb0.8Er0.2PO4样品的强度强，实现了稀土离子铒上转换发光的颜色可调。
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