[0001] 本发明属于新材料技术领域，尤其涉及一种复合材料、用于对稀土上转换发光材料的发光波长进行选择的方法及其应用。

[0002] 稀土上转换发光材料是一类利用稀土元素离子在吸收光能后发生跃迁并产生发光现象的材料。其中上转换发光是指材料吸收较高能量的光子后，发射出较低能量的光子，例如能够将近红外光转化为可见光或者紫外光。这种材料通常由稀土离子掺杂到晶体中制成，通过合理选择稀土元素和材料结构设计，可以调控发光波长、发光效率以及发光强度，满足不同应用场景的需求。具有较高的发光效率和较长的荧光寿命。

[0003] 稀土上转换发光材料由于能级丰富，发光波段也非常丰富，不同的稀土元素发光波长能覆盖从深紫外到近红外的不同波段。相关技术中要得到不同波段的发光光谱通常需要改变上转换稀土的种类或者浓度，或者外加滤光装置对某些波段进行屏蔽，这种形式导致波长选择方法繁琐复杂化，装配有稀土上转换发光材料的光学系统的复杂度升高。

[0027] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0028] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

[0029] 请参照图1，本发明提出一种复合材料100，复合材料100包含稀土上转换发光材料11和一种或一种以上的荧光碳点12，一种或一种以上的荧光碳点12与稀土上转换发光材料
11的重量比为1:0.1‑50；且在复合材料100含有一种以上的荧光碳点12时，不同荧光碳点12的吸收波段不同。

[0030] 将复合材料100装配在激光器的发射端形成光学系统，复合材料100中的稀土上转换发光材料11具有受到激光激发后产生光的特点，而复合材料100中的荧光碳点12会吸收稀土上转换发光材料11产生的特定波长的光，因此，通过设置可吸收不同波长光的荧光碳点12，实现对稀土上转换发光材料11激发光中特定波长的选择。无需在光学系统中假设额外的滤光装置，光学系统的复杂度降低，发出的光波长的精准性提高。

[0031] 由于不同的荧光碳点12可以具有不同的吸收波段，通过精心选择和组合不同的荧光碳点12，可以实现对复合材料100整体吸收光谱的调控。这种调控能力使得复合材料100可以根据需要调节发光波长，满足多种应用场景的需求，如多色生物标记、多模态成像等。且荧光碳点12在与稀土上转换发光材料11同样的激发光下几乎不发光，因此不会影响稀土上转换发光材料11本身的发光。

[0032] 结合稀土上转换发光材料11和荧光碳点12的优点，复合材料100不仅在已有的应用领域中表现出更优异的性能，还可能开拓新的应用方向，如高效能源转换、环境监测、高密度信息存储等。荧光碳点12的引入还有助于提升整个复合材料100的光稳定性和耐久性。在长时间的光照或者极端环境下，复合材料100能够保持稳定的发光性能，这对于那些需要长期运行或在恶劣环境下工作的应用尤为重要。

[0033] 复合材料100中的荧光碳点12与稀土上转换发光材料11的重量配比为1:0.1‑50，可为1:0.5、1:1、1:5、1:10、1:50等。其中，通过调整荧光碳点12和稀土上转换发光材料11的混合比例，可以实现对特定波段光的增强或转换。虽然增加稀土上转换发光材料11的比例可以增强上转换发光效率，但过多的稀土离子也可能导致自吸收现象的加剧，其中部分发射光被同一材料中的其他稀土离子吸收，这可能会降低实际的发光强度和效率。因此，在设计和制备复合材料100时，需要仔细平衡稀土材料的比例以优化光学性能。

[0034] 同时，稀土上转换发光材料11的加工和应用往往需要它们良好的分散性和稳定性。当复合材料100中稀土材料的含量较高时，可能会遇到分散不均或再聚集的问题，这会影响材料的均一性和最终应用性能。特别是在需要将这些复合材料100整合到复杂系统中(如光电器件、生物成像系统)时，加工和分散性成为关键考量因素。

[0035] 进一步，荧光碳点12的粒径为1‑8nm。例如可为：2nm、4nm、6nm、8nm。荧光碳点12的较小粒径，有助于提高分散性和稳定性，因为较小的粒子更容易在复合材料100中均匀分布，且较不容易发生聚集，良好的分散性对于保持复合材料100的稳定的光学性能和物理性能至关重要。

[0036] 具体地，一种或一种以上的荧光碳点12以柠檬酸、萘二胺、APTES为碳源制备而成。

[0037] 在本发明一实施例中，荧光碳点12的制作步骤可包括：

[0038] 将0.48g柠檬酸、0.15g萘二胺、1.12g氨丙基三乙氧基硅烷混合于30mL乙醇和水的混合溶剂中，进行超声震荡10分钟，得到混合物；

[0039] 将混合物转移至反应釜内，反应釜的加热温度为180℃，加热时间为3小时，得到固体产物；

[0040] 将冷却后的固体产物进行洗涤，洗涤溶剂为乙醇和水的混合溶剂；

[0041] 洗涤后的固体产物放入真空干燥箱内进行干燥，干燥温度为60℃，干燥时间为12小时，研磨干燥所得物得到荧光碳点12，以此制得的荧光碳点12可吸收350～400nm波段的光。

[0042] 在本发明的其他实施例中，若将萘二胺的质量改变为0.4g，并重复上述步骤，则制得的荧光碳点12可吸收450～500nm波段的光。若将萘二胺的质量改变为0.3g，并重复上述步骤，则制得的荧光碳点12可吸收450～500nm波段的光。

[0043] 具体地，稀土上转换发光材料11包含无机基质和掺杂在其中的稀土金属离子，无机基质为碱金属氟化物，稀土金属离子为钇离子、镱离子、铥离子、铒离子中的一种或多种。

[0044] 在本发明的一实施例中，稀土上转换发光材料11的制作步骤可包括：

[0045] 将1.512g硝酸钇、0.449g硝酸镱、0.0223g硝酸铥、0.016725g硝酸铒混合于10ml水中，使用磁力搅拌器搅拌1小时，得到混合液A；

[0046] 将0.548g乙二胺四乙酸溶解于80ml水中，再加入4ml混合液A，使用磁力搅拌器搅拌1小时，得到混合液B；

[0047] 将1.336g氟化钠溶解于64ml水中，与混合液B混合，再使用磁力搅拌器搅拌1小时，得到混合液C；

[0048] 将混合液C转移至反应釜内，反应釜的加热温度为180℃，加热时间为18小时；

[0049] 混合液C加热冷却后，进行离心15分钟，离心转速为10000rpm，去掉上清液取得沉淀物，将沉淀物放入真空干燥箱内进行干燥，干燥温度为60℃，干燥时间为12小时，研磨干燥所得物得到稀土上转换发光材料11。

[0050] 其中，上述荧光碳点12和稀土上转换发光材料11的制备过程中，使用的乙醇和水的混合溶剂中乙醇和水的体积比可为1:1。

[0051] 本发明还提出一种用于对稀土上转换发光材料11的发光波长进行选择的方法，包括以下步骤：

[0052] 1)按照需要吸收的波段，选择对应的一种或一种以上的荧光碳点12；

[0053] 2)将所选择的一种或一种以上的荧光碳点12与稀土上转换发光材料11按照1:0.1‑50的重量比进行混合，得到复合材料100；

[0054] 3)用近红外光激发复合材料100，从而产生所选择波长的光。

[0055] 不同的荧光碳点12可能具有不同的发光特性，比如不同的发射波长。通过将多种荧光碳点12掺杂到同一复合材料100中，可以实现从紫外到近红外范围内宽泛的发光谱域覆盖。通过精细调控不同荧光碳点12的掺杂比例，可以有效地调节复合材料100的整体发光强度和量子产率。在某些情况下，单一类型的荧光碳点12可能在特定环境下稳定性不足，而将多种荧光碳点12掺杂使用，可以通过不同碳点间的相互作用来提高整体的化学稳定性和光稳定性，进而提高复合材料100的可靠性和使用寿命。

[0056] 在光学系统中，采用的近红外光的波段可为980nm。稀土上转换发光材料11具有能够将低能量的光转换为高能量的光的能力，激光的波段与光子能量成反比关系，波长越短，光子能量越高，因此会出现在受到较长波长的激发光(如红外光)照射后，能够产生较短波长(如可见光或紫外光)的发光现象。在本实施例中，受到980nm激光激发后的稀土上转换发光材料11会产生波长在400nm到800nm之间的可见光或者更长一些的近红外光。

[0057] 因此，若复合材料100中掺杂的荧光碳点12要吸收稀土上转换发光材料11产生的光中的特定波段，一种或一种以上的荧光碳点12的吸收波段位于200‑600nm波段，例如可为400nm、450nm、500nm等，制备完成的荧光碳点12按照所需吸收的波段，选择对应的荧光碳点
12。

[0058] 一种或一种以上的荧光碳点12的吸收波长的带宽为50‑200nm，例如可为100nm、150nm、200nm等。光波的波长与带宽范围有直接关系，一段光信号的带宽越宽，意味着其中包含的频率范围越广，对应的波长范围也会更广，在具体的实验和应用中，波长的范围与带宽的范围可相互对应。

[0059] 制备完成的荧光碳点12和稀土上转换发光材料11需进行按重量比进行混合，其中，一种或一种以上的荧光碳点12与稀土上转换发光材料11的重量比为1:0.3‑1。例如1：0.3、1：0.6、1:1等。

[0060] 在本发明的实施例1中，选择两种荧光碳点12，一种荧光碳点12的吸收波段为350‑400nm，另一种荧光碳点12的吸收波段为500‑550nm，荧光碳点12和稀土上转换发光材料11的重量比混合比例为1:1，近红外光为980nm激光。图2为实施例1中的稀土上转换发光材料
11在980nm激发下产生的发光光谱，图3为实施例1中波长选择后的稀土上转换发光材料11的发光光谱。

[0061] 在本发明的实施例2中，选择两种荧光碳点12，一种荧光碳点12的吸收波段为350‑400nm，另一种荧光碳点12的吸收波段为450‑500nm，荧光碳点12和稀土上转换发光材料11的重量比混合比例为1:0.3，近红外光为980nm激光。图4为实施例2中的稀土上转换发光材料11在980nm激发下产生的发光光谱，图5为实施例2中波长选择后的稀土上转换发光材料
11的发光光谱。

[0062] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。