上转换发光材料基质的选择

臧国凤

（广州工程技术职业学院石化工程系，广东广州 510900）

上转换发光材料基质的选择

臧国凤

（广州工程技术职业学院石化工程系，广东广州 510900）

上转换发光材料对基质材料的选取也有很高的要求，相同激活剂离子在不同基质材料中的发光强度差别非常大，而我们一般会选择合适的基质材料来确保满足实际应用的上转换发光材料。分别列举了4种基质材料：氟化物基质、氧化物基质、卤化物基质和硫化物基质材料进行一一对比说明。

上转换发光；基质；氟化物

选择基质材料至关重要的原因是，我们要得到的是可以使激活离子能够产生特定能激光的掺杂离子的晶体场的选择是多种多样的，所以上转换发光材料基质选择的重要性可想而知。本文就上转换发光材料基质进行介绍。

众所周知，基质材料主要包含有4个体系，分别是：稀土氟化物、稀土氧化物、稀土卤化物和稀土含硫的化合物。基质材料的作用是为激活离子提供可以使其产生合适发射的晶体场。稀土氧化物作为一种优质的发光材料，在显示照明等领域显得尤为重要。Y2O3：Eu3+是红色荧光材料，发光效果好，光衰小，热稳定性和化学稳定性好，并具有一定的涂覆性能，在彩色显像管、投影电视、三基色节能荧光灯领域使用率较高。

掺杂稀土离子的重金属卤化物称为上转换卤化物材料，例如掺杂Er3+的Cs3Lu2Br9［1］和ZnCl2-CdCl2卤化物能级非常低，多声子驰豫也非常少，发光效率比较高。单方面从机制的声子能量进行比较，氧化物＜氟化物＜氯化物，由此可以看出氯化物的发光效率比较强，但是，从基质材料的稳定性来看正好相反。所以说，许多科学家研究的焦点是寻找发光效率和稳定性一致的新型基质材料。

在声子能量这方面，硫化物材料和氟化物很相近，都是比较低一些，发光效率也是比较强一些。然而，其在制备条件方面受到了很大的限制，从而影响了其的使用，其制备必须隔绝空气，并且无水的存在才可进行。目前，现有的硫化物材料如Gd2O3-LaS3：Yb3+，Pr3+和CaS：Eu2+。

很早就已经开始对稀土离子掺杂在氟化物晶体中的上转换材料进行研究。如Antipenko1987年报道了Yb3+，Er3+：BaF2晶体在室温条件下采用双波长1 054nm和1 540nm泵浦方式获得670nm的上转换红光输出。Heine等1994年报道Er3+：LiYF4晶体在室温条件下采用810nm泵浦方式获得551nm的上转换绿光输出。虽然尽年对氧化物基质材料的研究较多，原因是氧化物基质有稳定的结构和工艺制备简单等优点，但是在声子能量方面，其性能不足。更具有优势的是具有较低声子能量和较高上转换发光效率的基质材料—氟化物。研究的重点是既希望找到具有氟化物那样高上转换效率，同时又有氧化物那种结构稳定的新型基质材料，为的是能够在实际应用中得以开发。

稀土掺杂的氟化物，具有的特点较具优势，例如，其晶体场较弱；有其他基质材料没有的宽波长的光学透过性；以及具有的折射率较小；而最重要的优势是，在掺入激活剂的稀土离子后，从提高发光效率的方面，它具有声子能量低、并且可以促使激发态稀土离子在非辐射跃迁上的跃迁几率降低。而目前稀土掺杂的氟化物已经成为上转换白光基质的首选材料。

氟化物基质在稀土掺杂过程中，由于在紫外波长范围内的Gd3+，既有有吸收，还能促使激活离子和基质之间的能量传递。氟化钆是一种化学稳定性好、低折射率、不溶解、而且其红外透射的性能很好。氟化钆的晶体用途有以下几点：作光纤掺杂、光学镀膜、激光放大器、激光晶体等。外层结构无4电子的Gd3+，由于壳层比较密闭，所以属于荧光惰性离子。从而说明了它是合适的基质材料，在研究稀土离子光谱性质方面。它被广泛应用到各种领域的发光材料中，正是由于它的量子效率高以及能够发射单色性好的红色荧光。

氟化钆钠（NaGdF4）是良好的发光主体材料，因为其具有高辐射发光率，窄发光带，在高温下的稳定性和耐用性，同时其具有强烈的激励光源，在照明和显示设备，光通信，固态激光器等方面有广泛的用途。由于稀土掺杂荧光粉的发光性能是很敏感的，所以可以通过调整该荧光粉晶体区域来改变其敏感度。

所以，GdF3和NaGdF4作为荧光基质的材料是比较符合大众要求的一个理想材料，目前已经被当作课题研究的一个热点。同时，具有正交结构的GdF3晶体，和具有六方结构和立方结构的NaGdF4晶体都已成为关注的重点，尤其是更加理想的具有六方晶体结构的NaGdF4，已然成为一种热门的发光基质材料［2-3］。

［1］ Gudel H U，Pollnau M.Near-infrared to visible photon upconversion processes in lanthanide doped chloride，bromide and iodide lattices［J］. J.Alloys Compd.，2000，（303-304）：307-315.

［2］ Liu Y S，Tu D T，Chen X Y，et al.Adv.Mater.，2010，22：3266-3271.

［3］ YOU Fang-Tian，WANF Ying-Xia，LINJian-Hua.Chinese J.Inorg. Chem.2001，17：27-31.

Upconversion Luminescent Material Matrix Selection

Zang Guo-feng

Upconversion luminescent materials have high requirements on the selection of host materials.The emission intensity of the same activator ions in different matrix materials is very different.Luminescent materials.The four matrix materials are listed as follows：the fl uoride matrix，the oxide matrix，the halide matrix and the sulfi de matrix material.

Upconversion luminescence；Matrix；Fluoride

O482.3

A

1003-6490（2016）07-0064-01

2016-07-18

臧国凤（1987—），女，辽宁人，初级教师，主要研究方向为光功能材料。