一種猝滅上轉換發光的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于發光技術領域，具體涉及一種猝滅上轉換發光的方法。
【背景技術】
[0002]合作發光是一種較為有效的上轉換發光。它是由兩個或兩個以上的同種鑭系離子合作躍迀產生的發光。合作發光通常是由相鄰很近的同種鑭系離子組成的熒光團簇發射出來的。另外，由同種鑭系離子(如Yb3+)組成的團簇也可以通過合作敏化造成其它具有高能級的離子產生上轉換發光。例如，將Yb3+和Pb 2+共摻雜進入CaF2*，在980nm近紅外光激發下可以發射出?382nm的寬帶紫外上轉換發光。
[0003]然而，在一些重要的應用中合作發光有可能成為影響材料與器件性能的障礙。例如，在高功率的摻Er3+放大器中，如果材料中共摻的Yb 3+離子形成了離子對或熒光團簇，在980nm激光的激發下，Yb3+離子對和熒光團簇就有很高的幾率產生合作躍迀，并將Yb 3+離子吸收的980nm光子能量以高能光子的形式發射出去，從而降低了 Yb3+離子向Er 3+的能量傳遞，導致摻Er3+光放大器效率下降。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種有效猝滅由合作效應引起的上轉換發光的方法，具體是通過適當的陽離子摻雜來破壞熒光團簇，造成團簇熒光的結構破壞性猝滅。例如，在CaF2: Yb3+團簇熒光材料中摻雜Y 3+離子，Y 3+離子將替位Yb 3+離子，Yb 3+熒光團簇遭到破壞，造成Yb3+團簇熒光的結構破環性猝滅。
[0005]本發明與現有技術相比，在980nm光的激發下，CaF2: Yb3+團簇熒光材料會發射出峰值位于343nm的紫外上轉換發光和520nm附近的綠色上轉換發光。當材料中摻雜有適當的金屬陽離子(如Y3+、La3+、Al3+、Pb2+等)后，這兩種上轉換發光都會減弱，直至消失。這樣的熒光猝滅方法是現有技術中不存在的。更加確切地說，現有技術中沒有通過破壞熒光團簇的結構猝滅熒光的方法。因此，本發明提供的方法的具有獨特的功能與特色。
[0006]本發明的優勢在于，通過摻入適當的陽離子來破壞熒光團簇的結構，從而猝滅與熒光團簇相關的上轉換發光。摻入的陽離子可以是沒有熒光特性的稀土離子或其它種類的離子，其作用就是在晶格中替代Yb3+離子，破壞Yb 3+離子熒光團簇。該方法可以避免摻入離子參與躍迀過程，產生熒光猝滅的物理過程相對簡單；利用這種熒光猝滅方法，可以有效地調節合作發光的強度，也可以有效地調節由于合作敏化產生的上轉換發光強度。因此，該猝滅方法具有很好的使用范圍。
[0007]本發明所提供的一種猝滅上轉換發光的方法不僅可以猝滅Yb3+離子的合作發光，而且還可以有效地猝滅由Yb3+離子團簇敏化的上轉換發光，其特征在于:
[0008](I)在無機Yb3+離子熒光團簇材料中摻入除Yb 3+之外的其它金屬陽離子，破壞材料中的熒光團簇結構，造成團簇熒光的結構破壞性猝滅；無機Yb3+離子熒光團簇材料的基質為堿土金屬氟化物(如CaF2、SrF2、BaF2、MgF2S ZnF2);以全部金屬陽離子(Yb3+離子、其它金屬陽離子、堿土金屬氟化物中的金屬陽離子)的摩爾濃度和為100%計算，三價鑭系鐿離子(Yb3+)的摻雜濃度為0.05mol%?10mol%，除Yb3+離子之外的其它金屬陽離子(不包括堿土金屬氟化物中的金屬陽離子)的摻雜濃度為0.lmol%?14mol% ；
[0009](2)在980nm近紅外光的激發下，沒有摻雜的無機Yb3+離子熒光團簇材料發射綠色Yb3+離子對的合作上轉換發光(?520nm，如圖1所示)和紫外合作上轉換發光(?343nm，如圖2所示)。當其它金屬陽離子摻入后，上述兩種合作上轉換發光會減弱并直至消失，產生明顯的熒光團簇結構破壞性猝滅；
[0010](3)用于猝滅熒光的離子可以是稀土離子RE3+(如Y' La' Lu3+等，但不包含Yb 3+和堿土金屬氟化物中的金屬陽離子)、過渡族金屬離子(Mn' Cr，、或其它主族金屬離子(如Pb' Al3+等)。這些陽離子的共同特征是能夠在材料中替位Yb 3+離子，破壞Yb 3+離子熒光團簇。
【附圖說明】
[0011]圖1:在980nm激光激發下，CaF2:1 % Yb3+樣品中Yb 3+離子對的合作發光光譜，測試溫度為100K。
[0012]圖2:在980nm近紅外光激發下，CaF2:1% Yb3+的紫外上轉換發光光譜。光譜的峰值為343nm，測試溫度為13K。
[0013]圖3:摻雜不同摩爾濃度的Yb3+離子時，CaF2:Yb3+的綠色上轉換發光積分強度與Yb3+離子摻雜摩爾濃度的變化圖，其中，x = 0.01，0.05，0.1, 0.5，2，5，10。
[0014]圖4:摻雜不同摩爾濃度的Y3+離子時，CaF2:2% Yb3+，x% Y3+的綠色合作上轉換發光光譜隨Y3+離子摻雜摩爾濃度的變化圖，其中，X = 0,0.5, 1,2ο
[0015]圖5:摻雜不同摩爾濃度的Y3+離子時，CaF2:2% Yb3+，x% Y3+的紫外合作上轉換發光光譜隨Y3+離子摻雜摩爾濃度的變化圖，其中，X = 0,0.5, 1,2ο
[0016]圖6:摻雜不同摩爾濃度的Pb2+離子時，CaF2:1 % Yb3+，x% Pb2+的綠色合作上轉換發光光譜隨Pb2+離子摻雜摩爾濃度的變化圖，其中，X = 0,0.3，0.8，I, 2，4，6。
[0017]圖7:摻雜不同摩爾濃度的Pb2+離子時，CaF2:1 % Yb3+，x% Pb2+的紫外合作上轉換發光光譜隨Pb2+離子摻雜摩爾濃度的變化圖，其中，X = 0,0.3，0.5，I, 2，3，4。
[0018]圖8:摻雜不同摩爾濃度的Al3+離子時，CaF2:2% Yb3+，x% Al3+的綠色合作上轉換發光光譜隨Al3+離子摻雜摩爾濃度的變化圖，其中，X = 0,0.1, 0.5，I, 4，9，14。
[0019]圖9:摻雜不同摩爾濃度的Al3+離子時，CaF2:2% Yb3+，x% Al3+的紫外合作上轉換發光光譜隨Al3+離子摻雜摩爾濃度的變化圖，其中，X = 0,0.1, 0.3，0.5，I, 2，6，8。
【具體實施方式】
[0020]實施例1:
[0021]按照摩爾比分別稱取一定量的CaFjP YbF 3，充分研磨使其混合均勻后盛入鉑金或其它無腐蝕性坩禍，置于1450°C的真空環境中煅燒4小時，自然冷卻至室溫后取出，得到白色混晶材料。在980nm近紅外光的激發下，高溫條件下制備的CaF2:0.5mol% Yb3+混晶材料會發射出明亮的綠色熒光；光譜分析表明，該綠色熒光來自Yb3+離子對的合作發光。隨著測試溫度的降低，綠色合作發光越來越強，圖1為100K低溫下測得的發射光譜。在13K低溫下，樣品在紫外光譜區發射出紫外合作發光；光譜分析表明，該紫外熒光來自Yb3+離子三聚體的合作發光，如圖2所示。重復上述制備，獲得不同摻雜濃度的樣品，其Yb3+離子的摻雜濃度分別為:0.0lmol %、0.05mol %、0.Imol %、0.5mol %、2mol %、5mol %、1mol %。圖 3為980nm近紅外光的激發下綠色合作發光光強隨著Yb3+離子摻雜濃度的變化；結果表明，當Yb3+離子摻雜濃度在0.5mol%?2mol%之間時合作發光強度最大。
[0022]實施例2:
[0023]用共沉淀法制備Yb3+ (2mol % )和Y3+ (O, 0.5, l,2mol%)共摻雜的CaF2粉末。實驗所采用的原料為 Ca (NO3) 2、Yb (NO3) 3、Y (NO3) 3和 NH 4HF2。首先配制成 0.5mol/L 的 Yb (NO3)3,
0.0lmol/L的Υ(Ν03)3、0.5mol/L的Ca(NO3)2的標準水溶液。按化