r0.2 (TTA) 3Phen有机荧光粉体的扫描电镜图；
[0033]图10为实施例3的YbQ.8，Er0.2 (TTA) 3Phen的无光子晶体复合结构(a)和在光子晶体复合结构(b)中的荧光光谱图；
[0034]图11为实施例4的Yba25，Tm0.75 (TTA)3Phen有机荧光粉体的扫描电镜图；
[0035]图12为实施例4的Yba25，Tma75 (TTA) 3Phen的无光子晶体复合结构(a)和在光子晶体复合结构(b)中的荧光光谱图。
【具体实施方式】
[0036]实施例1
[0037]首先将360nm的二氧化硅微球分散到乙醇溶液中，配成质量浓度为I %的自组装液，1200w功率超声分散0.5h。然后在lcm*lcm的自组装区域内重力沉积0.5ml自组装液，自然干燥后得到的光子晶体层，厚度为2.5um。进行镜反的测试得到图1，可以看出光子晶体禁带在SOOnm处。扫描电镜图如图2所示，可以看出光子晶体层自组装很规整。使用溶剂热法制备出NaYF4 = Yb3+, Tm3+纳米粉体，无机上转换荧光物质为六方相，扫面电镜图如图3所示。将无机上转换粉体分散于环己烷中配成10_3mol/L浓度的溶液，在600W功率下超声0.5h，然后在室温下喷涂一层的无机上转换荧光物质溶液于光子晶体表层。I小时自然干燥后再沉积0.5ml的I %浓度二氧化硅自组装液在荧光物质层表面，4小时自然干燥。最后200摄氏度热处理3小时后得到复合结构，断面扫描电镜图图4所示，可以看出我们得到了光子晶体层+上转换物质层+光子晶体层这种结构，总体厚度约为5.3um。与此同时，在空白对比样上喷涂相同量的一层无机上转换荧光粉体溶液作为对比。图5所示为NaYF4:Yb3+，Tm3+在无光子晶体复合结构(a)中和在光子晶体复合结构(b)中的荧光光谱图，可以看出，相对于对比样，上转换光子晶体复合材料的可见光部分增强了约2倍，近红外发光相对得到了压制，上转换效率得到了提高。
[0038]实施例2
[0039]使用溶剂热法制备出NaYF4: Yb3+，Er3+纳米粉体，无机上转换荧光物质为六方相，扫面电镜图如图6所示。将无机上转换粉体分散于环己烷中配成10_4mol/L浓度的溶液，在800W功率下超声0.5h。将250nm的二氧化硅微球分散到水溶液中，配成质量浓度为2%的自组装液，600w功率超声分散lh。然后在2cm*2cm的自组装区域内重力沉积自组装液0.3ml，自然干燥后第一层光子晶体厚度为3um，反射率测试如图7所示，可以看出250nm微球自组装后禁带位置为550nm。在室温下喷涂一层无机上转换荧光物质溶液于光子晶体表层，厚度为400nm。I小时后再沉积0.3ml 二氧化硅自组装液，6小时自然干燥后在300摄氏度马弗炉中热处理5小时后得到复合结构材料，同时，在空白对比样上喷涂相同量的一层无机上转换荧光粉体作为对比。图8所示为NaYF4:Yb3+，Er3+的在无光子晶体复合结构(a)中和在光子晶体复合结构(b)中的荧光光谱图，可以看出，相对于对比样，光子晶体复合上转换材料的近紫外484nm光增强了约7倍，近红外发光660nm和可见光绿光550nm处相对得到了压制，上转换效率得到了提高。
[0040]实施例3
[0041]使用共沉淀法制备出Yba8，Era2 (TTA)3Phen有机荧光粉体，扫面电镜图如图9所示。将一定量的有机荧光粉体溶于二甲基亚砜中配成10_5mol/L浓度的溶液，在1000W功率下超声0.5h备用。将250nm的二氧化硅微球分散到乙醇溶液中，配成质量浓度为0.5%的自组装液，100w功率超声分散0.5h。然后在1.5cm*1.5cm的自组装区域内重力沉积二氧化硅微球自组装液0.5ml，自然干燥后，厚度约3um。在室温下喷涂一层有机上转换荧光物质溶液于光子晶体表层，厚度约250nm。0.5h后再沉积0.5ml 二氧化娃自组装液，5小时后自然干燥。最后200摄氏度热处理3小时后得到复合材料结构，同时，在空白对比样上喷涂一层相同量有机荧光粉体作为对比。图10所示为Yba5，Er0.5 (TTA)3Phen的无光子晶体复合结构(a)和在光子晶体复合结构(b)中的荧光光谱图，该例中可以看出，相对于对比样，光子晶体复合上转换材料的近紫外484nm光增强了约7倍，可见红光660nm和绿光550nm处相对得到了压制，上转换效率得到了提高。
[0042]实施例4
[0043]使用共沉淀法制备出Yb。.25，Tma75 (TTA)3Phen有机荧光粉体，扫面电镜图如图11所示。将有机荧光粉体分散于水中配成10_5mol/L浓度的溶液，在1200W功率下超声lh。将360nm的二氧化硅微球分散到水溶液中，配成质量浓度为2 %的自组装液，1200?功率超声分散lh。在2cm*2cm的自组装区域内重力沉积自组装液0.4ml，自然干燥后在室温下喷涂一层有机上转换荧光物质溶液于光子晶体表层，I小时后再沉积0.4ml 二氧化硅自组装液，6小时候置于200摄氏度马弗炉热处理后5小时，得到复合材料结构，同时，在空白对比样上喷涂一层相同量有机荧光粉体作为对比。图12所示为Yba25，Tm0.75(TTA)3Phen的无光子晶体复合结构(a)和在光子晶体复合结构(b)中的荧光光谱图，该例中可以看出，相对于对比样，复合上转换光子晶体材料的近紫外部分增强了约7倍，可见红光660nm和绿光550nm处相对得到了压制，上转换效率得到了提高。
【主权项】
1.一种具有增强和调节上转换物质发光功能的光子晶体结构，其特征在于由光子晶体层+上转换功能物质层+光子晶体层复合而成；其中所述的光子晶体层是由200-400nm的二氧化硅微球层层自组装构成的；所述的上转换功能物质层是由具有近红外上转换功能的无机纳米粉体或有机荧光粉体平铺而成。
2.根据权利要求1所述的光子晶体结构，其特征在于所述的光子晶体层的厚度在2-3um之间。
3.根据权利要求1所述的光子晶体结构；其特征在于所述的上转换功能物质层的厚度在 250nm-450nm 之间。
4.根据权利要求1所述的光子晶体结构，其特征在于所述的无机纳米粉体的通式为:NaYF4: Yb3+，R3+，其中R3+为铥、铒或铕中的一种。
5.根据权利要求1所述的光子晶体结构，其特征在于所述的有机荧光粉体的通式为:Ybx, IVx (TTA)3Phen,其中R为铥、铒或铕中的一种，x为0.1-0.9之间的任一个实数。
6.一种制备如权利要求1所述的具有增强和调节上转换物质发光功能的光子晶体结构的方法，其具体步骤如下: A、光子晶体层制备:将200nm-400nm尺寸的二氧化硅微球分散到溶剂中，配成自组装液，二氧化硅分散溶液的质量浓度为0.5% -2% ;然后将溶液超声分散；最后将的自组装液加入到自组装区域中，自然干燥后形成光子晶体层； B、上转换功能物质层制备:为将上转换荧光粉溶于有机溶剂中配成10_5-10_3mol/L浓度的溶液，超声分散，使用喷枪将上转换溶液喷涂到步骤A制备的光子晶体层表面；制得上转换功能物质层； C、同步骤A制备二氧化硅光子自组装液，然后将二氧化硅自组装液加入到步骤B制得的上转换功能物质层之上，再形成一层光子晶体层；自然干燥得到最终的复合结构； D、将步骤C制得的复合结构材料放于马弗炉中200-300摄氏度热处理3-5小时，得到具有增强和调节上转换物质发光功能的光子晶体结构。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于步骤A中所述的溶剂为乙醇或水；步骤B中所述的有机溶剂为环己烷、乙醇或二甲基亚砜。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于步骤A和B中所述的超声分散的参数均为:功率为400-1200w，时间为0.5-lh。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于步骤A和C中光子晶体层的厚度均为2-3um ;步骤B中上转换功能物质层的厚度在250nm-450nm之间。
【专利摘要】本发明公开了一种具有增强和调节上转换物质发光功能的光子晶体结构，由光子晶体层+上转换功能物质层+光子晶体层复合而成；光子晶体层是由纳米尺度的二氧化硅微球层层组装构成的；上转换功能物质层是由纳米尺度具有近红外上转换功能的无机粉体或有机荧光粉体平铺而成。先将纳米二氧化硅微球分散配成自组装溶液，然后加入到自组装区域中自然干燥后形成第一层光子晶体膜；再将具有上转换功能的荧光粉体分散到溶剂中，超声分散喷涂到第一层光子晶体膜表面，自然干燥，最后再将自组装液加入到上转换功能物质层表面，自然干燥，经热处理得到光子晶体结构，该晶体结构提高上转换物质能量转换效率，使可见近紫外发光强度增强。
【IPC分类】H01L31-054, H01L31-18, H01L31-055
【公开号】CN104766901
【申请号】CN201510150270
【发明人】倪亚茹, 朱成, 陆春华, 许仲梓
【申请人】南京工业大学
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年3月31日