纳米金修饰稀土掺杂频率转换的发光材料
稀土掺杂频率转换发光技术应用领域十分广泛，其在固态激光、数据存储、通用照明(如白炽灯)替代、背景光源(如三维立体显示)、显微成像(如医疗领域生物成像)、传感技术(如红外遥感、环境监测)、太阳能电池、防伪技术和军事对抗等方面具有巨大应用价值。玻璃作为稀土掺杂基质材料具有以下优势:在玻璃材料中稀土掺杂浓度较高，稀土离子的能级分裂和荧光发射存在非均匀加宽现象；基质组成调节和栗浦光源选择范围宽；制备工艺成熟，成本低等。因此，以玻璃为基质的稀土掺杂频率转换发光材料很好地满足了目前对低价格、高效率、优性能、波长位于红外-可见光范围的激光光源等应用上的需求。目前，对玻璃基质频率转换发光的研究已成为该领域热点之一。但是，以玻璃为基质的稀土掺杂频率转换发光材料在实际应用方面仍面临大量难题，如:稀土频率转换效率低一主要受基质玻璃和稀土离子自身因素(如声子能量、振子强度、折射率和吸收截面积等)造成的入射光吸收率低、多声子弛豫速率高和声子能量大等因素的影响；传统制备工艺下频率转变效率难提高一主要原因在于稀土离子能级特征、掺杂浓度和玻璃基质结构特性等因素对稀土离子能级间交叉弛豫速率有很大影响，使得发光稀土离子在传统熔融工艺制得基质玻璃中的有效掺杂浓度很难有大的提高；另外，稀土掺杂玻璃材料的频率转换发光机理有待深入研究。上述因素已经严重制约了该类频率转换材料的应用范围和前景。近年来，由于金、银和铜等金属纳米粒子具有独特的表面效应，人们已开始将此类金属纳米粒子表面等离子共振效应和材料发光特性相结合开展研究。关于半导体发光材料与金属的结合使得发光强度提高的研究已经初显成效。目前，将纳米金粒子与频率转换玻璃材料相结合，通过纳米金粒子的局部场增强效应，提高稀土掺杂玻璃频率转换发光效率已成为国内外研究的热点之一。
本文的目的是为了解决传统制备工艺下，稀土掺杂玻璃材料频率转换发光效率低的问题，提供一种纳米金粒子修饰的增强型稀土掺杂玻璃频率转换发光材料。具体技术方案如下：
(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650〜1550°C下熔制10〜60min，同时通入氮气或氩气进行气氛保护，使原料熔制成液态，然后将玻璃熔液快速浇铸到已经预热到150〜350°C的不锈钢模板上，成型后在低于玻璃转变温度30〜50°C下保温1〜8h，以5〜10°C /min的速度进行退火至室温，即得到含稀土离子的玻璃；
(2)按含纳米金粒子的玻璃质薄膜组成称量原料，将含A、D、Z、R、Μ的原料溶于有机溶剂和/或酸中制成浓度为1〜3mol/L的混合溶液，或者将含A的原料溶于有机溶剂中制得浓度为1〜3mol/L的含A的有机物溶液，且以酸作为催化剂，再将含D、Z、R的原料溶于有机溶剂或酸中制得浓度为1〜3mol/L的溶液，然后将两种溶液混合得到混合溶液；然后向混合溶液中加入含金属金的原料，再在50〜70°C的水浴下，滴加乙醇和水的混合液直至有机组分水解完全，然后调整pH值为3〜6，并持续搅拌得到前驱体溶胶；
(3)按照-CH2-CH-与金离子的摩尔比为15〜40:1，将浓度为0.5〜2.0mol/L聚合物加入到步骤(2)所得的前驱体溶胶中进行混合搅拌得到混合物，然后将混合物在室温下、相对湿度〈50%的环境下搅拌陈化1〜36h，最终配制成粘度90〜140mPa »s的溶胶；将溶胶在步骤(1)所得的含稀土离子的玻璃表面上以700〜1400r/min的转速旋涂镀膜或以浸渍提拉的方法镀膜，随后放入100〜200°C下干燥0.5〜3h，重复上述镀膜和干燥过程，直至镀膜厚度达到0.5〜3 μ m，再将所得材料置于250〜800°C下保温10〜40min，然后置于150〜500°C下保温2〜12h并随炉冷却至室温，即得到纳米金修饰稀土掺杂频率转换的发光材料，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表面上。
本方案通过溶胶-浸渍提拉法和溶胶-旋涂镀膜法制备发光材料，最终形成一种纳米金粒子修饰的增强型稀土离子掺杂玻璃频率转换发光复合材料。所得复合发光材料具有良好光学性能和热稳定性能，本发明通过激发光照射，利用纳米金粒子的局部场增强效应，实现了高的频率转换发光效率，其发光效率的增强最高可达10倍，有效弥补了频率转换玻璃材料发光效率低的问题。本发明所用方法简单易行，频率转换发光效率提高明显，易于检测，工艺设备简单，而且可以用于已有稀土掺杂玻璃材料发光性能的改善，这些都使得所制备的材料具有显著的经济价值和应用价值。