[发明专利]红外光激发红绿蓝三色正交荧光发射的上转换纳米晶体材料及其制备方法

说明书

本发明属于纳米荧光材料技术领域，具体为一种红外光激发红绿蓝三色正交荧光发射的上转换纳米晶体材料及其制备方法。该材料由上转换发光中心核和两种上转换发光壳层、惰性隔离层、能量传递层和能量吸收层五种类型的壳层组成；上转换发光中心核与各能量吸收层吸收特定波长的激发光；能量传递层传递能量吸收层与可见发光层之间的能量；惰性隔离层通过能量传递禁阻的惰性材料隔离各个发光中心使其荧光过程互不影响；调节各能量吸收层厚度，以达到过滤红外激发光强度，使得各能量吸收层各自吸收不同波长红外激发光的能量，并最终传递到对应不用的发光中心；本发明实现了红绿蓝三原色相互独立的荧光发射。该纳米材料可用于体三维彩色显示领域。

技术领域

本发明属于纳米荧光材料技术领域，具体涉及可见光波段红绿蓝三色独立正交荧光发射的上转换纳米晶体材料及其制备方法。

背景技术

现代信息社会，可视信息传输和表现的重要性逐步增强。其中三维彩色显示能即时表现全方位角度的动态信息，与平面显示相比不受观察角度影响。三维立体显示技术在光信息、医疗、国防等领域具有广泛的应用前景。目前常见的虚拟三维显示主要通过人双眼的视差，通过双眼接受图像差异产生伪三维显示。另一方面全息影像技术利用光的衍射干涉，在特定空间中产生真实的三维图像，但全息影像技术对观察范围和显示空间有较大限制，并且需要大规模移动部件，不适合复杂的显示控制。与此相比，体三维显示技术显示的是具有物理景深的真实立体图像。将透明固体介质充满三维空间区域，通过激光有选择的定点激发显示体内部，可以激发出荧光。当激光按设定的方法，快速扫描并激发显示体内部空间点时，利用人眼视觉的暂留效应，就可以形成一幅三维立体图像。扫描过程以一定的频率进行变换，就能获得动态的图像。

1997年，Downing开创了稀土氟化物玻璃的三维显示技术，成功进行了上转换荧光的立体显示。采用掺杂了镨，铒，铥的氟化物玻璃，每一种掺杂物利用一对波长合适的激光交叉激发。通过商业化的三对红外激光在玻璃体三维空间内聚焦，在厘米尺度内实现了三维彩色显示。但该方法至今存在许多局限，一方面为了解决稀土元素混合的诸多问题，采用的是大量薄层掺杂，通过光学粘合剂层层粘接，材料制造十分复杂，材料大小受限。同时显示体内部红绿蓝三色体素互相分离，局部不均匀，由薄层厚度控制，聚焦的分辨率受限于薄层尺度而较低。另一方面，该方法需要两束激光必须准确的交叉在预定的位置，因此光斑不能太小，否则扫描过程两束激光难以重叠，从而对激光束位置的控制精度要求较高，高的分辨率要求体像素也更为微小，分辨率也因此受限。最终该方法仅能获得厘米尺度空间内，百微米级别的分辨率。

鉴于体三维成像的面临的两个分辨率的问题，核壳结构的纳米颗粒一方面颗粒本身能够将三色体素结合，成像体素在纳米尺度；另一方面纳米材料可以完全均匀填充显示体空间，在体三维成像方面具有非常高的应用价值。其中全色可调的单颗粒上转换纳米荧光材料，利用三种不同波长的近红外激光源激发，穿透深度相比于紫外光源激发的量子点材料要高，因而显示空间更大。同时仅一种近红外光激发波长对应一种颜色的荧光发射，可见光波段三原色发射相互独立的正交发光，光斑可以聚焦到更小，能够有效提高近红外光体三维彩色显示的分辨率。三原色发射可通过三种激发光比例进行调节，从而获得全色色域显示，在新型体三维彩色显示技术领域具有很好的前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备工艺简单，980 nm、808 nm、1532 nm三种正交红外光激发红绿蓝三色独立荧光发射的上转换纳米晶体材料及其制备方法。

本发明提供的980 nm、808 nm、1532 nm三种正交红外光激发红绿蓝三色独立荧光发射的上转换纳米晶体材料，具有一核、七壳层组成的核壳结构，其中，一核为上转换发光中心核，能同时吸收1532 nm近红外激光能量；七壳层从内到外依次为：惰性隔离层、内层上转换发光层、能量传递层、808 nm近红外激光能量吸收层、惰性隔离层、外层上转换发光层同时也是980 nm近红外激光能量吸收层、惰性隔离层；