[发明专利]光学化合物、其用途和生产方法

说明书

技术领域

本发明总地涉及光活性材料，即在用红外(IR)、或紫外(UV)、或可见(VIS)辐射或还有致电离粒子激发后能够发射光子的材料。更具体地讲，本发明涉及掺杂颗粒(例如，微米尺寸或纳米尺寸的颗粒)形式的晶体光活性组合物，并涉及其生产方法。这种颗粒展示文献中被称为术语光子升频转换、光子降频转换、光子下频移和闪烁的非线性光学现象。

背景技术

近年来，展示光活性性质且特别是非线性光学性质如升频转换的材料由于在生物医学、电信、光伏、传感器和照明中的许多潜在应用而受到广泛关注。

众所周知，升频转换在于两个或更多个光子的依次吸收，其导致具有比激发光子的能量高的能量的光子的发射。降频转换的现象在于具有比激发光子的能量低的能量的两个或更多个光子的发射。当光子的吸收导致具有比激发光子的能量低的能量的单个光子的发射时，发生光子下频移的现象。最后，闪烁是可见光范围内的光子由致电离粒子和/或辐射产生的电子-空穴对的复合的发射。

在文献中存在展示光子升频转换(通常从IR或近 IR (NIR)至VIS或NIR)和光子降频转换(通常从UV或VIS至VIS或NIR)的各种已知系统。

通常，这些系统由掺杂一种或更多种离子的称为“基质(matrix)”或“基体(host)”的基底材料构成。通常，这类离子选自稀土元素系列：实际上镧系元素呈现“梯状”电子构型，其允许升频转换(和降频转换)的非线性光学现象发生。

从结构的视角来说，现有技术中已知的基质呈现玻璃状结构或晶体结构。晶体基质可以块状晶体以及作为纳米颗粒或纳米晶体(NC)的形式来制备。然而，众所周知，表现最好的升频转换器基质基于晶体纳米颗粒(例如NaYF₄)。迄今为止所用的晶体基质大多是氟化物，考虑到它们的可接受的稳定性和低声子(phonon)能量：这些是允许升频转换系统具有高效率的众所周知的特征(Nanoscale, 2013, 5, 23和其中引用的文献)。

基于金属氧化物(例如Y₂O₃、Y₂O₂S和硅酸盐)的基质被用于照明领域中的商业应用(参见Phosphor Handbook, WM Yen, 2006, CRC, 第二版)。对于光学应用，宽范围的金属氧化物被用作晶体基质。科学和专利文献中已知的实例包括氧化钇(Y₂O₃)和氧化钆(Gd₂O₃)。奇怪地是，尽管具有有前景的特征，但是氧化铋(III) (Bi₂O₃)作为用于光学应用的基体材料受到较少关注。实际上，氧化铋的大多数光活性性质最近已被用于催化剂或电化学应用，而非用于光学设备。

例如，在专利US5006494中，通过在组合物中引入具有稳定化效果的金属氧化物如氧化钇(Y₂O₃)、氧化锆(ZrO₂)、二氧化钍(toria) (ThO₂)和二氧化铪(afnia) (HfO₂)已合成稳定的氧化铋相。然而，已经制备这些陶瓷材料来优化氧离子的导电性，并因此可用作陶瓷电解质(例如，用于汽车工业)。该领域中的类似专利有：WO2010117990A3，公开了用于烃重整的自持催化剂，所述烃用于包含离子导电载体的燃料电池；US20060091022A1，描述了用于检测气体的传感器系统；US20090218220，公开了用于电化学传感器的测量电流的(amperometric)陶瓷电池，所述电化学传感器用于柴油机燃料(diesel fueled)中的发射检测；和最后US5976721A，公开了用于生产化学产品和联合产生电能的电池。所有这些文件都描述了活性组件(例如电极)的配方，其包含掺杂有钇、钆、钐、铈、铒、锗、钒、铜或其它元素的氧化铋。

尽管上述公开可用于评价本发明的相关技术，但是对于本领域技术人员而言，它们肯定不可用于设计基于氧化铋的光学设备的活性材料。