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摘要： 通過高温固相法合成了Sr0.89Yb0.1Er0.01F2和Sr0.8495Yb0.15Tm0.005F2高亮度上转换荧光粉.在980 nm激光激发下，Sr0.89Yb0.1Er0.01F2样品发出红色和绿色光（黄绿光），Sr0.8495Yb0.15Tm0.005F2样品发出蓝色光.二者发射的荧光强度均高于商用上转换荧光粉.将以上两种上转换荧光粉按一定比例混合后可以得到不同色温的白光发射荧光材料.该系列材料在防伪、三维显示及白光照明等领域具有潜在应用价值.
关键词： 上转换发光材料； 荧光粉； 白光发射； 稀土掺杂
中图分类号： O 611.4文献标志码： A文章编号： 10005137（2016）06068006
通信作者： 余锡宾，中国上海市徐汇区桂林路100号，上海师范大学生命与环境科学学院，邮编：200234，Email：xibinyu@shnu.edu.cn
19世纪中叶，发现并提出了“发射光之波长永远大于激发光的波长”这一关于光致发光的第一规律，即通常所说的“斯托克斯定律”[1].上转换发光是一种将长波长光转换为短波长光的反斯托克斯过程[2-3].上转换发光材料通常是掺杂了稀土离子的固体发光材料，其中稀土离子是单掺的Er3+和Tm3+或共掺杂的Yb3+/Er3+和Yb3+/Tm3+等离子对[4-5]，稀土离子的上转换发光光谱几乎覆盖了整个可见光波段.稀土掺杂上转换发光材料在防伪、三维显示[6-7]，荧光粉、红外辐射探测[8]，上转换激光器[9]，生物、医学诊断，光伏电池及生物传感等方面有着广泛的应用[10].本文作者通过高温固相法制备了一系列基于SrF2的上转换发光材料，其发光强度是目前商用上转换荧光粉的数倍.
1实验
1.1合成方法
通过高温固相法合成Sr0.89Yb0.1Er0.01F2荧光粉和Sr0.8495Yb0.15Tm0.005F2荧光粉.合成Sr0.89Yb0.1Er0.01F2荧光粉步骤为：称取89 mmol SrCO3（分析纯99.99%），200 mmol NH4F（分析纯99.99%），5 mmol Yb2O3（分析纯99.99%），0.5 mmol Er2O3（分析纯99.99%），放在通风厨中并混合，加入质量为混合物总质量50%的无水乙醇，研磨混匀；在鼓风干燥箱中，80 ℃条件下烘干；收集烘干后的混合物粉末装入坩埚，放入马弗炉中，以3 ℃/min的升温速度加热至700 ℃，烧结3h后冷却至室温，稍加研磨即可.Sr0.8495Yb0.15Tm0.005F2荧光粉的合成方法类似，合成成分称取量分别为SrCO3 84.95 mmol，NH4F 200 mmol，Yb2O3 7.5 mmol，Tm2O3 0.025 mmol.
1.2实验设备
采用的实验仪器包括：梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司生产的AL204型电子分析天平；上海齐欣科学仪器有限公司生产的DHG9053A型电热恒温鼓风干燥箱；北京博德恒悦科贸有限公司生产的BHYJ0250玛瑙研钵；上海意丰仪器电炉有限公司生产的YFX4.5/13QSGC箱式电炉.
上海师范大学学报（自然科学版）J. Shanghai Normal Univ.（Nat. Sci.）2016年第6期祝燕，丁杨，陈明，等：白光发射稀土掺杂SrF2上转换荧光粉的研究2结果与讨论
3结论
通过高温固相法制备得到Sr0.89Yb0.1Er0.01F2和Sr0.8495Yb0.15Tm0.005F2转换荧光粉，对其物相和上转换光谱等特性进行了研究.虽然少量的稀土离子会占据晶格中Sr2+的格位，使样品的晶格大小发生变化，但未改变物相结构.通过高温固相法合成的Sr0.89Yb0.1Er0.01F2和Sr0.8495Yb0.15Tm0.005F2上转换荧光粉其发光强度是现有的商用上转换红绿光荧光粉NaYF4∶Yb3+，Er3+的两倍多.而将这两种荧光粉按不同质量比混合，可以得到不同色温白光发射的荧光材料，该材料在防伪、三维显示及白光照明等领域具有潜在应用价值.
参考文献：
[1]徐光宪.稀土（下册） [M].2版.北京：冶金工业出版社，1995：173-182.
[2]许少鸿.固体发光 [M].北京：清华大学出版社，2011：83-86.
[3]徐叙熔，苏勉曾.发光学与发光材料 [M].北京：化学工业出版社，2004：118-123.
[4]Wang G F，Peng Q，Li Y D.Upconversion luminescence of monodisperse CaF2：Yb3+ Er3+nanocrystals [J].Journal of the American Chemical Society，2009，131（40）：14200-14201.
[5]Wang J，Wang F，Wang C，et al.Single band upconversion emission in lanthanide doped KMnF3nanocrystals [J].Angewandte Chemie International Edition，2011，50（44）：10369-10372.
[6]Park C W，Kim J H，Kim S，et al.LMIbased quadratic stability analysis for hierarchical fuzzy systems [J].IEEE Proceedings on Control Theory and Applications，2001，148（5）：340-349. [7]Joo M G，Lee J S.Universal approximation by hierarchical fuzzy system with constraints on the fuzzy rule [J].Fuzzy Set and Systems，2002，130（2）：175-188
[8]Wang L X.Modeling and control of hierarchical systems with fuzzy systems [J].Automatica，1997，33（6）：1041-1053.
[9]Huwendiek O，Brockman W.Function approximation with decomposed fuzzy systems [J].Fuzzy Sets and Systems，1999，101（2）：273-286.
[10]Auzel F.Upconversion and antistokes processes with f and d ions in solids [J].Chemical Reviews，2004，104（1）：139-173.
[11]Balda R，Fernandez J，Adam J L，et al.Upconversion processes in Er3+doped fluoroarsenate glasses [J].Journal of NonCrystalline Solids，2003，326-327：330-334.
[12]Hu Z，Wang Y，Ma E，et al.Microstructures and upconversion luminescence of Er3+doped and Er3+/ Yb3+co doped oxyfluoride glass ceramics [J].Materials Chemistry and Physics，2007，101（1）：234-237.
[13]Qin G S，Qin W P，Huang S H，et al.Infraredtoviolet upconversion from Yb3+and Er3+codoped amorphous fluoride film prepared by pulsed laser deposition [J].Journal of Applied Physics，2002，92（11）：6936-6938.
[14]Thrash R J，Johnson L F.Upconversion laser emission from Yb3+sensitized Tm3+in BaY2F8 [J].Journal of the Optical Society of America B，1994，11（5）：881-885.
关键词： 上转换发光材料； 荧光粉； 白光发射； 稀土掺杂
中图分类号： O 611.4文献标志码： A文章编号： 10005137（2016）06068006
通信作者： 余锡宾，中国上海市徐汇区桂林路100号，上海师范大学生命与环境科学学院，邮编：200234，Email：xibinyu@shnu.edu.cn
19世纪中叶，发现并提出了“发射光之波长永远大于激发光的波长”这一关于光致发光的第一规律，即通常所说的“斯托克斯定律”[1].上转换发光是一种将长波长光转换为短波长光的反斯托克斯过程[2-3].上转换发光材料通常是掺杂了稀土离子的固体发光材料，其中稀土离子是单掺的Er3+和Tm3+或共掺杂的Yb3+/Er3+和Yb3+/Tm3+等离子对[4-5]，稀土离子的上转换发光光谱几乎覆盖了整个可见光波段.稀土掺杂上转换发光材料在防伪、三维显示[6-7]，荧光粉、红外辐射探测[8]，上转换激光器[9]，生物、医学诊断，光伏电池及生物传感等方面有着广泛的应用[10].本文作者通过高温固相法制备了一系列基于SrF2的上转换发光材料，其发光强度是目前商用上转换荧光粉的数倍.
1实验
1.1合成方法
通过高温固相法合成Sr0.89Yb0.1Er0.01F2荧光粉和Sr0.8495Yb0.15Tm0.005F2荧光粉.合成Sr0.89Yb0.1Er0.01F2荧光粉步骤为：称取89 mmol SrCO3（分析纯99.99%），200 mmol NH4F（分析纯99.99%），5 mmol Yb2O3（分析纯99.99%），0.5 mmol Er2O3（分析纯99.99%），放在通风厨中并混合，加入质量为混合物总质量50%的无水乙醇，研磨混匀；在鼓风干燥箱中，80 ℃条件下烘干；收集烘干后的混合物粉末装入坩埚，放入马弗炉中，以3 ℃/min的升温速度加热至700 ℃，烧结3h后冷却至室温，稍加研磨即可.Sr0.8495Yb0.15Tm0.005F2荧光粉的合成方法类似，合成成分称取量分别为SrCO3 84.95 mmol，NH4F 200 mmol，Yb2O3 7.5 mmol，Tm2O3 0.025 mmol.
1.2实验设备
采用的实验仪器包括：梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司生产的AL204型电子分析天平；上海齐欣科学仪器有限公司生产的DHG9053A型电热恒温鼓风干燥箱；北京博德恒悦科贸有限公司生产的BHYJ0250玛瑙研钵；上海意丰仪器电炉有限公司生产的YFX4.5/13QSGC箱式电炉.
上海师范大学学报（自然科学版）J. Shanghai Normal Univ.（Nat. Sci.）2016年第6期祝燕，丁杨，陈明，等：白光发射稀土掺杂SrF2上转换荧光粉的研究2结果与讨论
3结论
通过高温固相法制备得到Sr0.89Yb0.1Er0.01F2和Sr0.8495Yb0.15Tm0.005F2转换荧光粉，对其物相和上转换光谱等特性进行了研究.虽然少量的稀土离子会占据晶格中Sr2+的格位，使样品的晶格大小发生变化，但未改变物相结构.通过高温固相法合成的Sr0.89Yb0.1Er0.01F2和Sr0.8495Yb0.15Tm0.005F2上转换荧光粉其发光强度是现有的商用上转换红绿光荧光粉NaYF4∶Yb3+，Er3+的两倍多.而将这两种荧光粉按不同质量比混合，可以得到不同色温白光发射的荧光材料，该材料在防伪、三维显示及白光照明等领域具有潜在应用价值.
参考文献：
[1]徐光宪.稀土（下册） [M].2版.北京：冶金工业出版社，1995：173-182.
[2]许少鸿.固体发光 [M].北京：清华大学出版社，2011：83-86.
[3]徐叙熔，苏勉曾.发光学与发光材料 [M].北京：化学工业出版社，2004：118-123.
[4]Wang G F，Peng Q，Li Y D.Upconversion luminescence of monodisperse CaF2：Yb3+ Er3+nanocrystals [J].Journal of the American Chemical Society，2009，131（40）：14200-14201.
[5]Wang J，Wang F，Wang C，et al.Single band upconversion emission in lanthanide doped KMnF3nanocrystals [J].Angewandte Chemie International Edition，2011，50（44）：10369-10372.
[6]Park C W，Kim J H，Kim S，et al.LMIbased quadratic stability analysis for hierarchical fuzzy systems [J].IEEE Proceedings on Control Theory and Applications，2001，148（5）：340-349. [7]Joo M G，Lee J S.Universal approximation by hierarchical fuzzy system with constraints on the fuzzy rule [J].Fuzzy Set and Systems，2002，130（2）：175-188
[8]Wang L X.Modeling and control of hierarchical systems with fuzzy systems [J].Automatica，1997，33（6）：1041-1053.
[9]Huwendiek O，Brockman W.Function approximation with decomposed fuzzy systems [J].Fuzzy Sets and Systems，1999，101（2）：273-286.
[10]Auzel F.Upconversion and antistokes processes with f and d ions in solids [J].Chemical Reviews，2004，104（1）：139-173.
[11]Balda R，Fernandez J，Adam J L，et al.Upconversion processes in Er3+doped fluoroarsenate glasses [J].Journal of NonCrystalline Solids，2003，326-327：330-334.
[12]Hu Z，Wang Y，Ma E，et al.Microstructures and upconversion luminescence of Er3+doped and Er3+/ Yb3+co doped oxyfluoride glass ceramics [J].Materials Chemistry and Physics，2007，101（1）：234-237.
[13]Qin G S，Qin W P，Huang S H，et al.Infraredtoviolet upconversion from Yb3+and Er3+codoped amorphous fluoride film prepared by pulsed laser deposition [J].Journal of Applied Physics，2002，92（11）：6936-6938.
[14]Thrash R J，Johnson L F.Upconversion laser emission from Yb3+sensitized Tm3+in BaY2F8 [J].Journal of the Optical Society of America B，1994，11（5）：881-885.