CN102744519B - 一种增强稀土掺杂纳晶粉末材料上转换发光效率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的是一种增强稀土掺杂纳晶粉末材料上转换发光效率的方法。用压片机将稀土离子掺杂纳米晶体粉末压制成薄片，用高功率激光照射薄片表面，使照射点处熔融，直至形成微洞，停止激光照射，冷却。本发明的方法不改变稀土掺杂纳晶粉末材料的制备方法、制备条件、掺杂基质，不需掺入其它金属离子，仅通过对已成型的产品进行二次加工，便可取得明显的上转换发光增强。

Description

一种增强稀土掺杂纳晶粉末材料上转换发光效率的方法
技术领域
本发明涉及的是一种稀土掺杂固体材料的上转换发光方法，具体地说是一种增强稀土掺杂纳晶粉末材料上转换发光效率的方法。
背景技术
上转换发光是指在长波长低频率激光的泵浦下发出短波长高频率荧光的现象。稀土离子上转换发光在光纤放大器、太阳能电池、短波长激光器等诸多领域已经表现出或潜在着巨大的应用价值。近些年，随着纳米材料技术的飞速发展，出现了纳米量级上的稀土离子掺杂上转换发光材料。纳米尺寸效应与稀土离子上转换发光的结合，催生了稀土掺杂的纳米晶体材料，使其在生物荧光标记、生物检验、生物医药成像等方面获得了广泛的应用，在微纳电子器件等热点研究领域上也产生了极大的利用价值。但是低的上转换发光效率一直是限制这类材料发展和应用的瓶颈。
目前，用于增强上转换发光效率的主要途径有：采用低声子能基质、增加稀土在基质中的固溶度、加入敏化剂、选择合适的泵浦机制、表面等离子体。通过这些途径衍生出许多不同的技术方法，如利用低声子能的氟化物作为掺杂基质，提高稀土离子掺杂浓度，加入Yb3+作为敏化剂等，但增强效果都不是很明显。比较有代表性的是掺杂粒子表面等离子体技术。2011年，刘宁等人采用表面等离子体技术在Yb,Tm和Yb,Er共掺样品中获得了超过100倍上转换荧光增长倍数。但其工艺复杂，所用材料（Au）昂贵。
发明内容
本发明的目的在于提供一种操作简单、效果显著、成本低廉的增强稀土掺杂纳晶粉末材料上转换发光效率的方法。
本发明的目的是这样实现的：
用压片机将稀土离子掺杂纳米晶体粉末压制成薄片，用高功率激光照射薄片表面，使照射点处熔融，直至形成微洞，停止激光照射，冷却。
所述高功率激光是指激光器输出的激光束具有能使薄片表面熔融的功率密度。
本发明提供了一种新的提高稀土离子掺杂纳米晶体粉末材料上转换发光效率的技术方法。这种方法不改变稀土掺杂纳晶粉末材料的制备方法、制备条件、掺杂基质，不需掺入其它金属离子，仅通过对已成型的产品进行二次加工，便可取得明显的上转换发光增强。
此方法利用高功率激光对制备好的稀土离子掺杂纳米晶体材料产品表面进行烧蚀加工，烧蚀能量使表面被照射点处熔融（温度达2000℃以上），形成一个直径为十微米量级的烧蚀微洞，冷却后，烧蚀点处产品上转换发光效率获得大幅提高。
基于以上内容，此方法具有如下优点：
适用性广泛。这种方法仅对已制备稀土离子掺杂纳米晶体粉末材料进行二次处理，对原样品粉末材料的制备工艺、制备条件、掺杂离子种类等没有限制。目前，运用此方法已经在不同制备工艺，不同制备时间，不同制备温度，不同稀土离子掺杂（Tm,Yb、Yb,Er、Yb,Ho、Yb,Tm,Ho共掺，Er单掺等），不同掺杂浓度，不同产品基质（ZrO2、ZnO、Y2O3、NaLuF4等）的样品中获得了很好的增强效果。
操作快速简单，增强效果明显。操作只需利用高功率激光对产品表面烧蚀，冷却后即可使用。查阅文献，目前多数增强方法获得的增强倍数在10倍以内，大部分为5-6倍。本发明的方法可以使增长倍数达10倍以上（图2），甚至超过100倍。
附图说明
图1-1至图1-2是产品被高功率激光烧蚀后的微洞形貌图（扫描电镜测）。其中图1-1表示微洞放大1400倍的形貌，图1-2表示微洞放大4000倍的形貌。孔的直径约为125μm。
图2是荧光增强光谱效果图，采用的样品是用燃烧法制备摩尔掺杂比为Yb：Tm=4%：0.3%的ZrO2纳米晶材料。曲线1表示未经烧蚀微洞的样品，在输出功率为160mW的980nm波长激光泵浦下的上转换发光光谱；曲线2表示经激光烧蚀微洞后样品表面烧蚀点在相同泵浦功率下的上转换发光光谱。图中475nm波峰烧蚀微孔后增强55倍，801nmn波峰强14倍。
具体实施方式
下面举例对本发明做更详细的描述：
1、用压片机将已经制备好的稀土离子掺杂纳米晶体粉末压制成厚度约1mm的圆形薄片。
2、把圆形薄片固定于产品架上，用低功率激光对准并激发薄片表面，收集产品上转换荧光，用光谱仪测出光谱(图2曲线1)。
3、提高激光器功率。用高功率激光照射薄片表面，使照射点处熔融，直至形成微洞（图1），停止激光照射，冷却后即可得到上转换发光增强的烧蚀点。烧蚀微洞的形成以薄片表面照射点出现陡增的热辐射亮光为标志。
4、验证增强效果。保持产品薄片和激光器相对位置不变，两分钟后把激光器调至和步骤2中相同的功率，重新进行低功率激发，用光谱仪再次侧出光谱(图2曲线2)。
过程中激光器输出的激光束必须具有足够高的功率密度使被激发样品表面熔融。以摩尔掺杂比为Yb：Tm=4%：0.3%的ZrO2纳米晶材料为例（ZrO2熔点2680℃），用输出功率为3.5W，光斑直径为105μm的连续激光照射圆片表面2秒，可将其熔融并形成直径约125μm微洞。针对不同掺杂基质的粉末材料（如ZnO、Y2O3、ZrO2、NaLuF4等），熔融打孔过程可适当的增强或者降低激光输出功率密度，增加或减少激光烧蚀时间。打孔激光器的激光输出方式可以是连续输出，也可以是脉冲输出。不同功率或脉冲强度烧蚀的微洞直径和微洞深度不一样，但都可以引起明显的上转换荧光增强。
另外，烧蚀微孔用到的高功率激光器和稀土离子掺杂纳晶产品泵浦光激光器可以不是同一台激光器。
上述步骤中采用光谱仪测量上转换发光光谱仅是为了对比检验发光增强效果，其中光谱仪可以用光功率计或其他荧光能量计量设备替代。如果已知产品发光增强效果（工业生产）或不需要知道具体的上转换发光增强倍数，则可以省去2、4两个步骤。在工业生产中可以根据实际需求在产品表面制造出烧蚀点阵列，或烧蚀面（即整个样品表面都被激光烧蚀）。

Claims (1)

1.一种增强稀土掺杂纳晶粉末材料上转换发光效率的方法，其特征是：用压片机将摩尔掺杂比为Yb：Tm＝4％：0.3％的ZrO2纳米晶材料压制成厚度1mm的薄片，用输出功率为3.5W、光斑直径为105μm的连续激光照射薄片表面2秒，使照射点处熔融，直至形成直径125μm微洞，停止激光照射，冷却。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110452700A (zh) * 2019-08-19 2019-11-15 昆明理工大学 一种激光处理上转换纳米材料以提高发光效率的方法
CN114806567A (zh) * 2022-04-28 2022-07-29 长江师范学院 基于激光激发的稀土离子掺杂荧光粉和晶体制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1583629A (zh) * 2004-06-01 2005-02-23 中国科学院上海光学精密机械研究所 紫外脉冲激光辐照辅助纳米掺杂玻璃的制作方法
CN101210178A (zh) * 2007-12-21 2008-07-02 大连民族学院光电子技术研究所 一种绿色上转换发光材料及其制备方法
CN101684545A (zh) * 2008-09-23 2010-03-31 北京有色金属研究总院 脉冲激光沉积制备纳米硅的方法
CN102351534A (zh) * 2011-07-04 2012-02-15 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种具有上转换发光特性的透明电光陶瓷材料及其制备方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009203512A (ja) * 2008-02-27 2009-09-10 Fujikura Ltd レーザー蒸着用酸化物超電導ターゲット
JP2011176116A (ja) * 2010-02-24 2011-09-08 Hitachi Zosen Corp レーザ媒質及びレーザ加工装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1583629A (zh) * 2004-06-01 2005-02-23 中国科学院上海光学精密机械研究所 紫外脉冲激光辐照辅助纳米掺杂玻璃的制作方法
CN101210178A (zh) * 2007-12-21 2008-07-02 大连民族学院光电子技术研究所 一种绿色上转换发光材料及其制备方法
CN101684545A (zh) * 2008-09-23 2010-03-31 北京有色金属研究总院 脉冲激光沉积制备纳米硅的方法
CN102351534A (zh) * 2011-07-04 2012-02-15 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种具有上转换发光特性的透明电光陶瓷材料及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李瑞鑫.脉冲激光诱导Tm3+，Yb3+：Y2O3微结构及其上转换发光性质的研究.《中国优秀硕士学位论文全文数据库(电子期刊)信息科技辑》.2011,(第14期), *

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