一種鈥摻雜氧化鐿螢光粉及其製備方法與流程

2023-05-31 06:58:01

本發明涉及螢光粉製備技術領域，具體地說是一種鈥摻雜氧化鐿螢光粉及其製備方法。

背景技術：

自從20世紀60年代Auzel等人發現了上轉換現象後，上轉換材料得到了廣泛的研究，稀土離子(Er3+、Ho3+、Tm3+、Nd3+)摻雜的上轉換發光材料在光通信、高密度光存儲、照明與顯示、紅外探測與醫學成像等方面均表現出潛在應用價值。Yb3+只具有一個激發態能級，在980nm處有較大的吸收截面，是一種較好的敏化劑，Ho3+具有豐富的能級，且與Yb的能級匹配得很好，能夠產生有效的能量傳遞，因此人們對Yb3+-Ho3+體系進行了廣泛研究。然而，在大量的研究中，研究者一般選取非稀土的氟化物、氯化物、氧化物等作為基質材料，Yb3+-Ho3+作為摻雜劑，通過不同的方法製備具有上轉換功能的螢光粉。文獻《無機材料學報》，23(2008)pp.383-386則報導了一種以稀土氧化物為摻雜基質的螢光粉的製備方法。該文獻採用共沉澱法製備了Lu2O3:Yb3+,Ho3+納米粉體，在980雷射器激發下所制樣品均發射出明亮的綠光，由此說明稀土氧化物可以作為摻雜基質材料來製備螢光粉。

目前，在所有的螢光粉製備中，均採用非稀土的氟化物、氯化物、氧化物作為基材，而將尚未發現有直接利用Yb2O3作為基質材料，Ho3+作為摻雜劑，製備螢光粉的報導。

技術實現要素：

本發明提供一種利用Yb2O3作為基質材料製備螢光粉及其製備方法，其中，Ho3+作為摻雜劑，Yb2O3自身既作為摻雜的基質材料，又作為敏化劑，以期製得性能優良的螢光粉。

本發明完整的技術方案包括：

一種鈥摻雜氧化鐿螢光粉的製備方法，包括下列步驟：

a.將一定質量的鈥的氧化物或無機鹽分散到一定體積的分散溶劑中，分散均勻後，將分散後的濁液與，鐿的氧化物或無機鹽，以及硼酸混合，並進行研磨，使之均勻混合；

b.將研磨後混合均勻的混合料乾燥；

c.將乾燥後的混合料在加熱爐中，在一定氣氛下以一定的升溫速度進行升溫，並在一定的溫度下保溫一定的時間，隨後冷卻，取出混合料，研磨後即得鈥摻雜氧化鐿螢光粉。

所述的鈥的氧化物或無機鹽為氧化鈥、氯化鈥或硝酸鈥的一種或多種，所述的鐿的氧化物或無機鹽為氧化鐿、氯化鐿或硝酸鐿的一種或多種。

所述的分散溶劑為乙醇，所述的分散方式採用超聲波分散，超聲時間為10-30min。

步驟a中所述鈥的氧化物或無機鹽佔鐿的氧化物或無機鹽質量的0.5-20％，硼酸質量佔鈥的氧化物或無機鹽與鐿的氧化物或無機鹽總質量的0-15％。

步驟a中所述的研磨為常溫下研缽研磨或球磨，時間為2-4h。

步驟b中所述乾燥過程為在60-100℃溫度下乾燥20-60min。

步驟c中所述的升溫速度為3-10℃/min，保溫溫度為500-1600℃，保溫2-6h。

步驟c中所述的一定的氣氛為空氣氣氛，所述冷卻為自然冷卻到室溫。

一種鈥摻雜氧化鐿螢光粉，所述的鈥摻雜氧化鐿螢光粉是以鐿的氧化物作為基質材料和敏化劑，以Ho3+作為摻雜劑。

本發明提出的一種鈥摻雜氧化鐿螢光粉的製備方法，採用簡易煅燒法製備螢光粉。除了可直接採用Ho2O3和Yb2O3作為鈥源和鐿源外，亦可採用氯化鈥、硝酸鈥等作為鈥源，氯化鐿、硝酸鐿等作為鐿源，且可採用球磨代替研缽研磨，原材料易得，工藝相對簡單，所得粉體的螢光強度可調，性能穩定，具有潛在的應用價值。

附圖說明

圖1為實施例1所得產物的螢光光譜圖，泵浦功率0.5W。

圖2為實施例2所得產物的螢光光譜圖，泵浦功率0.5W。

圖3為實施例3所得產物的螢光光譜圖，泵浦功率0.4W。

具體實施方式

本發明利用氧化鈥、氧化鐿為原料，無水乙醇為分散劑，硼酸為助熔劑，藥品研磨混合均勻後，置於烘箱內烘乾，經高溫燒結，製得鈥摻雜氧化鐿螢光粉。在製備過程中控制配料比、燒結溫度、升溫速度、保溫時間等工藝參數，製得不同的粉體。工藝流程如下：

(1)將一定質量(0.5-20wt％Yb2O3)的氧化鈥超聲10-30min，分散到6-20ml乙醇中，分散均勻後，將該濁液倒入盛有氧化鐿和硼酸(佔混合金屬氧化物總質量的0-15％)的研缽中，在常溫下研磨2-4h，使之均勻混合；

(2)將研磨混合均勻的混合料在60-100℃溫度下乾燥20-60min；

(3)將烘乾後的混合料放入坩堝中，然後置於高溫爐中，在空氣氣氛下，以3-10℃/min的升溫速度進行升溫，並在500-1600℃保溫2-6h，隨後自然冷卻至室溫，取出製品，研磨後即得鈥摻雜氧化鐿螢光粉。

實施例1

(1)將0.0296g Ho2O3(10wt％Yb2O3)超聲10min，分散於10ml無水乙醇中，分散均勻後，將該濁液倒入到盛有0.2956g Yb2O3的研缽中，在常溫下研磨3h，使之均勻混合；

(2)將研磨混合均勻的混合料在80℃下乾燥20min；

(3)將烘乾後的混合料放入坩堝中，然後置於高溫爐中，在空氣氣氛下，以10℃/min的升溫速度進行升溫，並在1250℃保溫4.5h，隨後自然冷卻至室溫，取出製品，研磨後即得鈥摻雜氧化鐿螢光粉。

實施例2

(1)將0.0148g Ho2O3(5wt％Yb2O3)超聲10min，分散於6ml無水乙醇中，分散均勻後，將該濁液倒入到盛有0.2956g Yb2O3的研缽中，在常溫下研磨2h，使之均勻混合；

(2)將研磨混合均勻的混合料在60℃下乾燥30min；

(3)將烘乾後的混合料放入坩堝中，然後置於高溫爐中，在空氣氣氛下，以8℃/min的升溫速度進行升溫，並在1250℃保溫3h，隨後自然冷卻至室溫，取出製品，研磨後即得鈥摻雜氧化鐿螢光粉。

實施例3

(1)將0.0379g Ho2O3(5wt％Yb2O3)超聲20min，分散於15ml無水乙醇中，分散均勻後，將該濁液倒入到盛有0.7485g Yb2O3和0.0786g硼酸的研缽中，在常溫下研磨4h，使之均勻混合；

(2)將研磨混合均勻的混合料在100℃下乾燥20min；

(3)將烘乾後的混合料放入坩堝中，然後置於高溫爐中，在空氣氣氛下，以5℃/min的升溫速度進行升溫，並在1200℃保溫3h，隨後自然冷卻至室溫，取出製品，研磨後即得鈥摻雜氧化鐿螢光粉。

由實施例附圖可知，當鈥的摻雜量為10wt％時，在0.5W的泵浦功率下，所制粉體的螢光強度不高，綠光(551nm)較強，紅光極其微弱；而當鈥的摻雜量為5wt％時，在同樣的泵浦功率下，粉體的螢光強度大幅提高，綠光強度較紅光提升更多；而在粉體的製備過程中加入適量的硼酸後，顯著降低煅燒溫度的同時，所制粉體的螢光強度並未發生較大變化。由此說明，在合適的摻雜比例下，以硼酸為助熔劑，可在較低溫度下製得性能優良的螢光粉。

以上所述，僅是本發明的較佳實施例，並非對本發明作任何限制，凡是根據本發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬於本發明技術方案的保護範圍內。