納米金修飾稀土摻雜頻率轉換的發光材料

　　稀土摻雜頻率轉換發光技術應用領域非常廣泛，其在固態激光、數據存儲、通用照明(如白熾燈)替代、背景光源(如三維立體顯示)、顯微成像(如醫療領域生物成像)、傳感技術(如紅外遙感、環境監測)、太陽能電池、防僞技術和軍事對抗等方面具有巨大應用價值。玻璃作爲稀土摻雜基質材料具有以下優勢:在玻璃材料中稀土摻雜濃度較高，稀土離子的能級分裂和熒光發射存在非均勻加寬現象；基質組成調節和栗浦光源選擇範圍寬；制備工藝成熟，成本低等。因此，以玻璃爲基質的稀土摻雜頻率轉換發光材料很好地滿足了目前對低價格、高功效、優性能、波長位于紅外-可見光範圍的激光光源等應用上的需求。目前，對玻璃基質頻率轉換發光的研究已成爲該領域熱點之一。但是，以玻璃爲基質的稀土摻雜頻率轉換發光材料在實際應用方面仍面臨大批難題，如:稀土頻率轉換功效低一要紧受基質玻璃和稀土離子自身因素(如聲子能量、振子強度、折射率和吸收截面積等)造成的入射光吸收率低、多聲子弛豫速率高和聲子能量大等因素的影響；傳統制備工藝下頻率轉變功效難提高一要紧原因在于稀土離子能級特征、摻雜濃度和玻璃基質結構特征等因素對稀土離子能級間交叉弛豫速率有很大影響，使得發光稀土離子在傳統熔融工藝制得基質玻璃中的有效摻雜濃度很難有大的提高；另外，稀土摻雜玻璃材料的頻率轉換發光機理有待深入研究。上述因素已經嚴重制約了該類頻率轉換材料的應用範圍和前景。近年來，由于金、銀和銅等金屬納米粒子具有獨特的外表效應，人們已開始將此類金屬納米粒子外表等離子共振效應和材料發光特征相結合開展研究。關于半導體發光材料與金屬的結合使得發光強度提高的研究已經初顯成效。目前，將納米金粒子與頻率轉換玻璃材料相結合，通過納米金粒子的局部場增強效應，提高稀土摻雜玻璃頻率轉換發光功效已成爲國內外研究的熱點之一。

本文的目的是爲了解決傳統制備工藝下，稀土摻雜玻璃材料頻率轉換發光功效低的問題，提供一種納米金粒子修飾的增強型稀土摻雜玻璃頻率轉換發光材料。具體技術方案如下：

(1)按含稀土离子的玻璃组分比例称取各组分原料，充分混合后置于6501550°C下熔制1060min，同时通入氮气或氩气进行气氛保护，使原料熔制成液态，接着将玻璃熔液快速浇铸到差不多预热到150350°C的不锈钢模板上，成型后在低于玻璃转变温度3050°C下保温18h，以510°C /min的速度进行退火至室温，即获得含稀土离子的玻璃；

(2)按含納米金粒子的玻璃質薄膜組成稱量原料，將含A、D、Z、R、Μ的原料溶于有機溶劑和/或酸中制成濃度爲13mol/L的混合溶液，或者將含A的原料溶于有機溶劑中制得濃度爲13mol/L的含A的有機物溶液，且以酸作爲催化劑，再將含D、Z、R的原料溶于有機溶劑或酸中制得濃度爲13mol/L的溶液，然後將兩種溶液混合获得混合溶液；然後向混合溶液中进入含金屬金的原料，再在5070°C的水浴下，滴加乙醇和水的混合液直至有機組分水解完全，然後調整pH值爲36，並持續攪拌获得前驅體溶膠；

(3)比照-CH2-CH-与金离子的摩尔比为1540:1，将浓度为0.52.0mol/L聚合物进入到步骤(2)所得的前驱体溶胶中进行混合搅拌获得混合物，接着将混合物在室温下、相对湿度〈50%的环境下搅拌陈化136h，最后配制成粘度90140mPa s的溶胶；将溶胶在步骤(1)所得的含稀土离子的玻璃外表上以7001400r/min的转速旋涂镀膜或以浸渍提拉的方法镀膜，随后放入100200°C下干亢0.53h，重复上述镀膜和干亢过程，直至镀膜厚度达成0.53 μ m，再将所得材料置于250800°C下保温1040min，接着置于150500°C下保温212h并随炉冷却至室温，即获得納米金修飾稀土摻雜頻率轉換的發光材料，且含纳米金粒子的玻璃质薄膜均匀包覆在含稀土离子的玻璃外表上。

本方案通過溶膠-浸漬提拉法和溶膠-旋塗鍍膜法制備發光材料，最終形成一種納米金粒子修飾的增強型稀土離子摻雜玻璃頻率轉換發光複合材料。所得複合發光材料具有良好光學性能和熱穩定性能，本發明通過激發光照射，使用納米金粒子的局部場增強效應，實現了高的頻率轉換發光功效，其發光功效的增強最高可達10倍，有效彌補了頻率轉換玻璃材料發光功效低的問題。本發明所用方法簡單易行，頻率轉換發光功效提高明顯，易于檢測，工藝設備簡單，同时可以用于已有稀土摻雜玻璃材料發光性能的改善，這些都使得所制備的材料具有顯著的經濟價值和應用價值。