一种可见光下转换红外频移材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于光的变频和发光材料技术领域，具体涉及一种可见光下转换红外频移材料及其制备方法。一种可见光下转换红外频移材料，其特征是它由低能声子基质、稀土离子氧化物、过渡金属离子氧化物和烧结助剂制备而成，各组分所占质量百分数为：低能声子基质７０～９９．５％，稀土离子氧化物总含量０．５～３０％，过渡金属离子氧化物总含量０～５０％，烧结助剂０～１０％，各组分质量百分数之和为１００％。本发明专利技术的有益效果是：该方法制备的可见光下转换红外频移材料可将可见光下转换为红外光。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光的变频和发光材料
，具体涉及一种可见光下转换红外频移材料及其制备方法。
技术介绍
本专利技术所述的可见光下转换红外频移材料系指一种利用量子裁剪技术，将稀土离 子(或者是稀土离子和过渡金属离子)掺杂于低能声子基质(硫化物玻璃、氟化物玻璃、碲 酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、硫化物晶体、氟化物晶体、碲酸盐晶体、硼酸盐晶体、磷 酸盐晶体、3Y-Zr02)所形成的材料，它经可见光(0. 38 0. 78 y m，高频)照射后，能高效的 发射红外光(0. 8 5 ii m，低频)。 量子裁剪技术是指通过不同离子能级的匹配，使能量在不同离子间发生传递， 从而使泵浦光子与辐射光子的频率不一致来实现光的变频和制备发光材料的一种新途 径。1957年，Dexter首次提出一个紫外光子的能量足以分裂成两个可见光子，1974年， J. L. Sommerdi jk和W. W. Piper研究发现，在YF:Pr3+中，Pr3+从4f5d激发态回到基态经过两 次辐射跃迁，辐射光子皆为可见光子，1999年，R. T. Wegh等人深入研究了三价稀土离子在 VUV(真空紫外)区的能级，发现两个稀土离子相结合，它们之间的部分能量发生传递，吸收 一个真空紫外光子可以产生两个可见光子，获得接近 200%的量子效率，如LiGdF4:Er3+， Tb"，并把这种可见光量子裁剪技术称为下转换(Downconversion)。 目前，涉及下转换及量子裁剪的中国专利共有8项，其中 (1)CN1842582是一种气体放电灯，其特征是紫外向下转换为可见光(磷光体涂 层)，它包括①活化剂即在主晶格内占据结晶学位置的第一镧系离子和第二镧系离子；② 敏化剂即铊(I)离子和铅(II)离子。 (2)CN101391795是一种下转换荧光基质材料氟化钆钠纳米晶的制备方法，其特 征是紫外向下转换为可见光，采用液相掺混的方法，先将稀土氧化钆溶于高氯酸或盐酸中， 加入络合剂，调节溶液的PH，注入氟化钠水溶液，分离沉淀物并用去离子水超声洗涤，30 8(TC干燥，所的氟化钆钠纳米颗粒在70 150nm。 (3)CN101353229是关于稀土离子掺杂的下转换发光透明微晶玻璃，其特征是在氟 氧化物微晶玻璃基体中掺杂稀土离子，稀土离子的摩尔浓度为1 40%，氟化物微晶在玻 璃基体中的体积百分比为1 50%，在室外长期光照条件下不易老化，并可加工成透明的 板状甚至超薄板状，可应用于太阳能电池领域。 (4)CN1287680涉及一种荧光材料，其特征是紫外向下转换为可见光，它包括由铒、 钆和选自稀土元素和/或过渡金属的活化剂。这种荧光材料被波长足够短的辐射激发时， 可以起到量子切割器的作用，其量子效率在100%以上。 (5)CN101398132涉及一种频率下转换超薄背板光源，适用于光照明和显示系统， 其特征是紫外向下转换为可见光，它包括一个掺杂三种稀土离子Tm3+，Eu3+，Tb3+的发光玻璃 平板或发光晶体平板，以及多个位于平板两侧的激发源，激发光中心波长为350 360nm，功率为300 700mW。 (6)CN100999663是一类掺杂镨的钨酸盐发光材料，涉及发光、显示和闪烁材料领域，其特征是深紫外区或更短波段的光子向下转换为可见光光子，材料类型为单晶、粉末或 玻璃，通过Pr3+离子的量子剪裁和钨酸根与Pr3+离子间的能量传递，将一个处于深紫外区或 更短波段的光子转换成人眼和CCD敏感的两个可见光子，从而实现发射波长集中在490 650nm敏感可见光区的量子裁剪，其总的荧光量子效率超过100% 。 (7) CN1364737是关于稀土掺杂的锗酸盐玻璃及其制备方法，其特征是紫外至近红 外区具有较宽的吸收和发射光谱，玻璃由(Ca卜x—yRxCdy) 3A12 (Ge卜z—xSizAlx) 3012组成，R为15种 稀土元素，少量Sc3+可直接取代Al3+，其性能稳定，折射率高，可有效地实现上转换和下转换 发光。 (8)CN101007946是关于一种红外量子剪裁材料及其制备，其特征是将485nm的 可见光下转换为lOOOnm左右的红外光，该材料的化学式为Gd卜x—yAl3(B03)4:Tbx， Yby，和x—yB03:Tbx， Yby，其中的0. 01《x《0. 2， 0. 01《y《0. 99。 由上可知，本专利技术涉及领域已公开的专利数量较少，且主要集中在紫外光下转换 为可见光，即所谓可见光量子裁剪，而仅有两项专利CN1364737和CN101007946是涉及红外 量子裁剪的(即可见光下转换为红外光)。在这两项专利中，CN101007946是以硼酸盐为基 掺杂GcT，Yb"，Tb"的材料体系，可将485nm的可见光下转换为lOOOnm左右的红外光，虽然 量子效率高达196%，但由于其转换的单色性，当泵浦光为连续光谱或较宽的频率范围时， 总的下转换效率依然很低；而专利CN1364737虽然掺杂一种或一种以上的稀土离子于锗酸 盐玻璃中，可以在较宽的频率范围内发生上转换和下转换，但其主要应用领域是光的传输， 其使用条件是常温，同时注重其单色性。而涉及高温下，将较宽频率范围内的可见光高效下 转换为红外光的相关专利尚未见诸报道。 这种在高温下将较宽频率范围内将可见光高效下转换为红外光材料，则可被用于 开发新型高温红外辐射材料，以利于提高炉窑热转化效率。通常的工业炉窑其加热温度可 分为高温1200 190(TC;中温800 120(TC;低温< 800°C 。根据电磁波辐射的基本定律可知，不同温度的炉窑辐射的电磁波有其对应的光谱分布特征，即有与其对应的波长分布范围和峰值辐射波长。由维恩位移定律得出高温(1200 1900°C )炉窑峰值辐射波长 范围为O. 94 2. 37iim;中温(800 1200°C )炉窑峰值辐射波长范围为1. 57 3. 10 y m ; 低温(< 800°C )炉窑峰值辐射波长范围> 2. 30 3. 10 ii m。据Planck定律计算可知，高 温辐射能量大多数集中在1 5iim波段，但尚有15 30%的辐射能量集中在可见光波段 0. 4 0. 78 ii m，而一般的耐火材料对这两个波段的吸收和发射率都较低，不利于炉窑的高 温辐射加热。目前在高温炉窑节能方面普遍采用红外辐射涂料提高炉壁的发射率，而常规 红外辐射涂料虽然对近中红外波段有高的吸收和发射率，但对可见光波段的吸收和发射率 依然较低，如果在其中添加能将可见光下转换为近中红外的频移材料，使可见波段的能量 亦得到充分利用，则更有利于强化炉窑的红外辐射强度，以取得更好的节能效果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，该方法制 备的可见光下转换红外频移材料可将可见光下转换为红外光。 为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是一种可见光下转换红外频移材料，其特 征是它由低能声子基质、稀土离子氧化物、过渡金属离子氧化物和烧结助剂制备而成，各组 分所占质量百分数为低能声子基质70 99. 5%，稀土离子氧化物总含量0. 5 30%，过 渡金属离子氧化物总含量0 50%，烧结助剂0 10%，各组分质量百分数之和为100% ; 所述的低能声子基质为硫化物(含氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可见光下转换红外频移材料，其特征是它由低能声子基质、稀土离子氧化物、过渡金属离子氧化物和烧结助剂制备而成，各组分所占质量百分数为：低能声子基质７０～９９．５％，稀土离子氧化物总含量０．５～３０％，过渡金属离子氧化物总含量０～５０％，烧结助剂０～１０％，各组分质量百分数之和为１００％；所述的低能声子基质为硫化物玻璃、氟化物玻璃、碲酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、硫化物晶体、氟化物晶体、碲酸盐晶体、硼酸盐晶体、磷酸盐晶体、３Ｙ－ＺｒＯ↓［２］中的任意一种或任意二种以上的混合，任意二种以上混合时为任意配比；所述的稀土离子氧化物为Ｌａ↓［２］Ｏ↓［３］、Ｃｅ↓［２］Ｏ↓［３］、Ｐｒ↓［２］Ｏ↓［３］、Ｎｄ↓［２］Ｏ↓［３］、Ｐｍ↓［２］Ｏ↓［３］、Ｓｍ↓［２］Ｏ↓［３］、Ｅｕ↓［２］Ｏ↓［３］、Ｇｄ↓［２］Ｏ↓［３］、Ｔｂ↓［２］Ｏ↓［３］、Ｄｙ↓［２］Ｏ↓［３］、Ｈｏ↓［２］Ｏ↓［３］、Ｅｒ↓［２］Ｏ↓［３］、Ｔｍ↓［２］Ｏ↓［３］、Ｙｂ↓［２］Ｏ↓［３］、Ｌｕ↓［２］Ｏ↓［３］、Ｓｃ↓［２］Ｏ↓［３］、Ｙ↓［２］Ｏ↓［３］中的任意一种或任意二种以上的混合，任意二种以上的混合时，任意一种组分所占质量百分数不大于８０％，各组分质量百分数之和为１００％。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李洪斌，刘启明，叶菁，彭凡，
申请(专利权)人：李洪斌，刘启明，叶菁，彭凡，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]