一種上轉換發光材料及其製備方法
2023-05-31 13:22:06
專利名稱：一種上轉換發光材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種發光材料，特別涉及一種上轉換發光材料及其製備方法。
背景技術：
上轉換發光材料是一種重要的光電功能材料，在上轉換螢光粉、雷射技術，高密度光存儲、生物分子的螢光探針、高分辨顯示等領域均具有廣泛的應用前景。
目前，已經報導了大量稀土離子摻雜材料的上轉換發光現象，其中，由
於Er"的、/2和、^能級可以很容易的被800nm和980nm半導體雷射器所激發，以及YbS+到E^有效的能量傳遞，所以對E,離子和E,， ￥133+共摻的上轉換發光現象研究得比較多。
選擇合適的基質材料，可以極大的提高上轉換發光效率。目前使用的基質材料主要有氟化物或氧化物基質。對於稀土離子摻雜的溴氧化物上轉換發光材料，研究很少。溴四氧化三釔(Y304Br)，具有聲子能量低的優點，是一種潛在的優良的上轉換發光基質材料。
發明內容
本發明目的是為了提供一種化學純度高、發光強度高的上轉換發光材料及其製備方法。
為實現該發明目的，本發明採用的技術方案如下一種上轉換發光材料，其特徵在於以溴四氧化三釔(Y304Br)為基質材
料，在該基質材料中摻有Er3+，其化學通式為(Y^Ei^)304Br， x代表Er3+離子的摻雜量，即E,的物質的量與(Y"+ErS+)的總物質的量的比值，取值範圍為0.01 0.1。
進一步地，所述基質材料中還摻有Yb3+，其化學通式為(YLx.yErxYby)304Br， x為0.01， y代表￥1 3+離子的摻雜量，即Yb3+的物質的量與(丫3++￡一++￥1)3+)的總物質的量的比值，取值範圍為0<y《0. 15。
一種上轉換發光材料的製備方法，包括以下步驟
(1) 分別配置lmol/L的釔鹽溶液和lmol/L的鉺鹽溶液；
(2) 量取一定體積的上述釔鹽溶液和鉺鹽溶液，加入到過量的草酸溶液或鹼性溶液中，形成白色沉澱物；
(3) 將所得沉澱物在80 12(TC下乾燥4 10小時,然後在400 90(TC下灼燒1~6小時，沉澱物分解為納米尺寸的稀土氧化物(YkEr》203粉末，x取值為0.01~0.1;
(4) 稱取一定量的NH4Br，或NH4Br和KBr，與得到的(YlxErx)203粉末研磨混合均勻後在400 600 "C下惰性氣體氣氛下灼燒1~3小時，而後繼續在800 1100 "C下惰性氣體氣氛下灼燒1 2小時後冷卻到室溫，其中(￥3++￡1"3+)與腿481"摩爾比為1:1 3， KBr佔總質量((YLxE^)203、 NH4Br的質量和)的0 10%;
(5) 將燒結後的粉末用酒精清洗，在80 12(TC下乾燥6 24小時，即得該上轉換發光材料成品。
進一歩地上述步驟(1)為分別配置lmol/L的釔鹽溶液、lmol/L的鉺鹽溶液和lmol/L的鐿鹽溶液；步驟(2)為量取一定體積的上述釔鹽溶液、鉺鹽溶液和鐿鹽溶液，加入到過量的草酸溶液或鹼性溶液中後形成白
色沉澱物；步驟(3)為將所得沉澱物在80 12(TC下乾燥4 10小時,然後在400 90(TC下灼燒1~6小時，沉澱物分解為納米尺寸的稀土氧化物(Y"x-yErxYby)203粉末，x取值為O.Ol， y取值為y取伹為0^481*摩爾比為1:1~3， KBr佔總質量((Yi.x.yErxYby)203、NH4Br的質量和)的0 10%。
所述釔鹽溶液為Y(N03)3溶液或YC13溶液，所述鉺鹽溶液為Er(N03)3溶液或ErCl3溶液，所述鐿鹽溶液為Yb(N03)3溶液或YbCl3溶液。
所述鹼性溶液為氫氧化鈉溶液、草酸氨溶液、碳酸氫氨溶液或氨水溶液。
上述惰性氣體為氮氣或氬氣(Ar)。本發明首先利用共沉澱法製備了成分達到分子級水平均勻混合的無定形前驅體稀土氧化物粉末，然後通過高溫固相技術處理後，得到上轉換發光材料。本發明製備的新型上轉換發光材料不僅物相純度高，而且在980mn紅外雷射泵浦下具有高亮度的優點，在上轉換螢光粉，雷射技術，光存儲，彩色平板顯示等方面具有廣闊的應用前景。另外本發明上轉換發光材料的製備方法，工藝簡單，成本低廉，汙染小。
圖1是實施例1所得到的(Y。.99Er。.(n)304Br螢光粉的X射線衍射圖。圖2是實施例1所得到的(Yo.99Er。.(n)304Br螢光粉在980 nm雷射激發下的上轉換發光光譜。
圖3是實施例2所得到的(Yo.97Ero.o3)304Br螢光粉在980 nm雷射激發下的上轉換發光光譜。
圖4是實施例3所得到的(Y。.9Er。.03O4Br螢光粉在980 nm雷射激發下的上轉換發光光譜。
圖5是實施例4所得到的(Yo.98Ero.(nYbQ.Q1)304Br螢光粉在980 nm雷射激發下的上轉換發光光譜。
圖6是實施例5所得到的(Y。,88Er謹Ybo.u)304Br螢光粉在980 nm雷射激發下的上轉換發光光譜。
圖7是實施例6所得到的(Y,Er。.(nYb。.,5)304Br螢光粉在980 nm雷射激發下的上轉換發光光譜。
具體實施方式
實施例1
本實施例涉及化學表達式為(Yo.99Er。.(H)304Br的上轉換發光材料的製備(1)先配置lmol/L的Er(N03)3和Y(N03)3標準溶液和0.5mol/L的草酸(H2C204)溶液；(2)用移液管分別準確稱取Y(N03)3溶液4.95毫升，Er(N03)3溶液0.05毫升，倒入燒杯，在磁力攪拌器攪拌下緩慢滴入H2C204溶液20毫升，使之沉澱；(3)將所得沉澱物過濾放入烘箱8(TC乾燥10小時，然後將其放入坩堝中，移入高溫爐中40(TC灼燒6小時得到納米尺寸的(Yo.99Ero.(H)203粉末；(4)稱取0.49g NH4Br與得到的(Y。.99Ero.(H)203粉末研磨30分鐘，然後放入高溫爐中40(TC氮氣氣氛下灼燒3小時，90(TC氮氣氣氛下灼燒1小時，自然冷卻到室溫；(5)將灼燒後的粉末用酒精清洗一遍，放入烘箱80。C下乾燥10小時，即得樣品(Yo.99Er謹)304Br。樣品的X射線衍射圖參見圖1 ，與Gd304Br的標準衍射譜(JCPDS NO.41-0048) —致(目前尚無Y304Br材料的標準卡片)。圖1說明合成的樣品為純的四方相結構。
樣品在980 nm雷射激發下的上轉換發光光譜參見圖2。樣品在980 nm雷射激發下，在lmW的激發光強度下，仍然可以觀察到肉眼清晰可見的綠色上轉換發光，說明本發明極具應用價值。實驗中用中性密度衰減片將雷射功率從70mW衰減到lmW，用光功率計測量雷射強度，綠色上轉換發光在日光燈下用肉眼觀察。
實施例2
本實施例涉及化學表達式為(Y。.97Er。.03)3O4Br的上轉換發光材料的製備(1)先配置lmol/L的ErCl3和YC13標準溶液和0.2mol/L的(,)2(:204溶液；(2)用移液管分別準確稱取YCl3溶液4.85毫升，ErCV溶液0.15毫
升，倒入燒杯，在磁力攪拌器攪拌下緩慢滴入(NH4)2C2O4溶液50毫升，使
之沉澱；(3)將所得沉澱物過濾放入烘箱IO(TC乾燥6小時，然後將其放入坩堝中，移入高溫爐中650"C灼燒3小時得到納米尺寸的(Yo.97Er,)203粉末；(4)稱取0.49g NH4Br， O.lg KBr與得到的(Yo.97Ero.。3)203粉末研磨40分鐘，然後放入高溫爐中500。C氬氣氣氛下灼燒2小時，800。C氬氣氣氛下灼燒2小時，自然冷卻到室溫；(5)將灼燒後的粉末用酒精清洗二遍，放入烘箱100 'C下乾燥8小時，即得樣品。樣品為純的四方相結構；樣品在980 nm雷射激發下發出黃綠色光。
樣品在980nm雷射激發下的上轉換發光光譜參見圖3。
實施例3
本實施例涉及化學表達式為(Yo.9Ero.0304Br的上轉換發光材料的製備(1)先配置lmol/L的Er(N03)3和Y(N03)3標準溶液和lmol/L的NaOH溶液；(2)用移液管分別準確稱取Y(N03)3溶液45毫升，Er(N03)3溶液5毫升，倒入燒杯，在磁力攪拌器攪拌下緩慢滴入NaOH溶液250毫升，使之沉澱；(3)將所得沉澱物過濾放入烘箱12(TC乾燥4小時，然後將其放入坩堝中，移入高溫爐中90(TC灼燒1小時得到納米尺寸的(Yo.9Er(u)203粉末；
(4)稱取9.8g NH4Br， 0.8g KBr與得到的(Yo.9Er(n)203粉末研磨50分鐘，然後放入高溫爐中60(TC氮氣氣氛下灼燒1小時，90(TC氮氣氣氛下灼燒1小時，自然冷卻到室溫；(5)將灼燒後的粉末用酒精清洗三遍，放入烘箱12(TC下乾燥6小時，即得樣品。樣品為純的四方相結構。樣品在980 nm雷射激發下發出紅色光。
樣品在980 nm雷射激發下的上轉換發光光譜參見圖4。實施例4
本實施例涉及化學表達式為(Yo.98Era(nYbo.(H)304Br的上轉換發光材料的製備(1)先配置lmol/L的Y(N03)3、 Er(N03)3和Yb(N03)3標準溶液和0.5mol/L的NHUHC03溶液；(2)用移液管分別準確稱取Y(N03)3溶液4.9毫升，Er(NO3)3溶液0.05毫升，Yb(N03)3溶液0.05毫升，倒入燒杯，在磁力攪拌器攪拌下緩慢滴入NH4HCO3溶液50毫升，使之沉澱；(3)將所得沉澱物過濾放入烘箱120'C乾燥4小時，然後將其放入坩堝中，移入高溫爐中65(TC灼燒3小時得到納米尺寸的(Y,Ero.(nYb。.(n)粉末；(4)稱取1.47gNH4Br， 0.22g KBr與得到的(Y固Er,Yb謹)粉末研磨60分鐘，然後放入高溫爐中50(TC氬氣氣氛下灼燒1.5小時，1100'C氬氣氣氛下灼燒1小時，自然冷卻到室溫；(5)將灼燒後的粉末用酒精清洗四遍，放入烘箱120°C下乾燥8小時，即得樣品。樣品為純的四方相結構。樣品在980nm雷射激發下發出黃綠色光。
樣品在980nm雷射激發下的上轉換發光光譜參見圖5。實施例5
本實施例涉及化學表達式為(Y謹Er謹Yb。.n)304Br的上轉換發光材料的製備(1)先配置lmol/L的YC13、 ErCl3和YbCl3標準溶液；(2)用移液管分別準確稱取YCV溶液4.4毫升，ErCl3溶液0.05毫升，YbCl3溶液0.55毫升，倒入燒杯，在磁力攪拌器攪拌下緩慢滴入質量分數為28%的NH4OH溶液45毫升，使之沉澱；(3)將所得沉澱物過濾放入烘箱8(TC乾燥8小時，然後將其放入坩堝中，移入高溫爐中650'C灼燒4小時得到納米尺寸的(Y謹Er謹Ybo.u)203粉末；(4)稱取0.98g NH4Br， 0.08g KBr與得到的(Y0.88Er0.01Yb0.u)2O3粉末研磨40分鐘，然後放入高溫爐中600。C氬氣氣氛下灼燒1小時，IIO(TC氬氣氣氛下灼燒1小時，自然冷卻到室溫；(5)將燒結後的粉末用酒精清洗四遍，放入烘箱8(TC下乾燥24小時，即得樣品。樣品為純的四方相結構。樣品在980 nm雷射激發下發出紅色光。
樣品在980 nm雷射激發下的上轉換發光光譜參見圖6。
實施例6
本實施例涉及化學表達式為(Yo.84Ero.(nYb(u5)304Br的上轉換發光材料的製備(1)先配置lmol/L的Y(N03)3、 Er(N03)3和Yb(N03)3標準溶液；(2)用移液管分別準確稱取Y(N03)3溶液4.2毫升，Er(N03)3溶液0.05毫升，Yb(NO3)3溶液0.75毫升，倒入燒杯，在磁力攪拌器攪拌下緩慢滴入質量分數為28。/。的NH4OH溶液50毫升，使之沉澱；(3)將所得沉澱物過濾放入烘箱8(TC乾燥8小時，然後將其放入坩堝中，移入高溫爐中70(TC灼燒3小時得到納米尺寸的(Yo.84Er謹Yb(u5)203粉末；(4)稱取0.98gNH4Br， 0.08gKBr與得到的(Y。.84Er。.(nYb(U5)203粉末研磨40分鐘，然後放入高溫爐中60(TC氮氣氣氛下灼燒1小時，80(TC氮氣氣氛下灼燒2小時，自然冷卻到室溫；(5)將灼燒後的粉末用酒精清洗四遍，放入烘箱8(TC下乾燥10小時，即得樣品。樣品為純的四方相結構。樣品在980nm雷射激發下發出紅色光。
樣品在980nm雷射激發下的上轉換發光光譜參見圖7。
ii
權利要求
1、一種上轉換發光材料，其特徵在於以溴四氧化三釔(Y3O4Br)為基質材料，在該基質材料中摻有Er3+，其化學通式為(Y1-xErx)3O4Br，其中x代表Er3+離子的摻雜量，取值範圍為0.01～0.1。
2、 根據權利要求1所述上轉換發光材料，其特徵在於所述基質 材料中還摻有Yb3、其化學通式為(Yi-x-yErxYby)304Br， x為0.01， y代表Yb3+離子的摻雜量，取值 範圍為0<y《0. 15。
3、 一種上轉換發光材料的製備方法，包括以下步驟(1) 分別配置lmol/L的釔鹽溶液和lmol/L的鉺鹽溶液；(2) 量取一定體積的上述釔鹽溶液和鉺鹽溶液，加入到過量的草 酸溶液或鹼性溶液中，形成白色沉澱物；(3) 將所得沉澱物在80 12(TC下乾燥4~10小時,然後在 400 90(TC下灼燒1~6小時，沉澱物分解為納米尺寸的稀土氧化物 (YLxErx)203粉末，x取值為0.01~0.1;(4) 稱取一定量的NH4Br，或NH4Br和KBr，與得到的(Y^Erv)203 粉末研磨混合均勻後在400~600 'C下惰性氣體氣氛下灼燒1 3小時， 而後繼續在800 1100 "C下惰性氣體氣氛下灼燒1~2小時後冷卻到室 溫，其中(￥3++￡一+)與NH4Br摩爾比為1:1~3， KBr佔總質量 ((Y^Erx)203、 NH4Br的質量和)的0 10%;(5) 將燒結後的粉末用酒精清洗，在80 12(TC下乾燥6 24小時， 即得該上轉換發光材料成品。
4、根據權利要求3所述上轉換發光材料的製備方法，其特徵在 於步驟(1)為分別配置lmol/L的釔鹽溶液、lmol/L的鉺鹽溶液 和lmol/L的鐿鹽溶液；步驟(2)為量取一定體積的上述釔鹽溶液、 鉺鹽溶液和鐿鹽溶液，加入到過量的草酸溶液或鹼性溶液中後形成白 色沉澱物；步驟(3)為將所得沉澱物在80-120。C下乾燥4~10小 時，然後在400 900。C下灼燒1 6小時，沉澱物分解為納米尺寸的稀 土氧化物(Y^.yErxYby)203粉末，x為0.01， y取位為0<y《.15;步 驟(4)為稱取一定量的NH4Br，或NH4Br和KBr，與得到的 (Y".yErxYby)203粉末研磨混合均勻後在400 600 。C下惰性氣體氣氛 下灼燒1~3小時，而後繼續在800 1100 。C下惰性氣體氣氛下灼燒1~2 小時後冷卻到室溫，其中(丫3++￡1"3++￥1)3+)與,481"摩爾比為1:1 3， KBr佔總質量((Y,-x-yErxYby)203、 NH4Br的質量和)的0~10%。
5、根據權利要求4所述的上轉換發光材料的製備方法，其特徵在 於所述釔鹽溶液為Y(N03)3溶液或YC13溶液，所述鉺鹽溶液為 Er(N03)3溶液或ErCl3溶液，所述鐿鹽溶液為Yb(N03)3溶液或YbCl3 溶液。
6、 根據權利要求3~5任一項所述的上轉換發光材料的製備方法， 其特徵在於所述鹼性溶液選自氫氧化鈉溶液、草酸氨溶液、碳酸氫 氨溶液、氨水溶液中的一種。
7、 根據權利要求3 5任一項所述的上轉換發光材料的製備方法， 其特徵在於所述惰性氣體為氮氣或氬氣。
全文摘要
本發明涉及一種上轉換發光材料，其特徵在於以溴四氧化三釔(Y3O4Br)為基質材料，在該基質材料中摻有Er3+，其化學通式為(Y1-xErx)3O4Br，x代表Er3+離子的摻雜量，取值範圍為0.01～0.1。該上轉換發光材料的製備方法將釔鹽溶液和鉺鹽溶液，加入到過量的草酸溶液或鹼性溶液中，形成白色沉澱物；將所得沉澱物乾燥後再灼燒，分解為納米尺寸的稀土氧化物(Y1-xErx)2O3粉末；稱取一定量的NH4Br，或NH4Br和KBr，與得到的(Y1-xErx)2O3粉末研磨混合均勻後在下惰性氣體氣氛下灼燒，後冷卻，再用酒精清洗，乾燥後即得成品。該上轉換發光材料化學純度高、發光強度高，製備方法簡單，成本低廉，汙染小。
文檔編號C09K11/77GK101463255SQ200910095640
公開日2009年6月24日 申請日期2009年1月15日 優先權日2009年1月15日
發明者喬豔敏, 張鑫博, 海 郭 申請人:浙江師範大學