一種鋱摻雜氟鈰鑭微米粉體發光材料的製作方法
2023-10-25 18:20:02
本發明屬於發光材料技術領域，特別採用微乳液法、油酸輔助溶劑熱法、超聲波輔助溶劑熱法製備鋱摻雜氟鈰鑭微米材料。
背景技術：
稀土氟化物晶體由於聲子能量低，非輻射躍遷少等優點，在發光領域已經引起了人們的廣泛關注[1-5]。1980年D J Ehrich等在實驗室中首次實現了LaF3: Ce3+晶體的雷射輸出[6]。1990年人們研究發現CeF3由於其具有5d→4f躍遷可以作為良好的閃爍體材料[7, 8]。2014年Xiaoping Wang, Ping Liu等研究了diamond/CeF3/SiO2符合薄膜的電致發光[9]。LaF3作為又一種重要的氟化物基質材料已經被廣泛研究過，2014年Ueslen Rocha 等人研究了LaF3:Nd納米晶體在生物體中的光熱效應[10,11]。由於CeF3透射截止波長約為300nm，而LaF3的截止波長位於遠紫外區125 nm ，所以若將Ce3+引入LaF3中，基質對Ce3+的短波發射不會產生吸收，這樣可以很好的利用短波的能量。隨著對LaF3:Ce晶體研究的深入[12]，人們發現LaF3:Ce晶體不僅是良好的閃爍體材料，而且在生物成像等方面也有應用[13]。所以對於LaCeF3微晶的研究是十分必要的。本文分別使用微乳液法[14-17]、油酸輔助溶劑熱法、超聲波輔助溶劑熱法三種方法合成了LaCeF3:Tb微晶，得到了三種不同形貌強發射的晶體，討論了Tb3+在LaCeF3微晶中摻雜的臨界濃度。研究了晶體中的Ce→Tb能量傳遞。得到的強發綠光晶體在生物成像等方面具有潛在的應用，微乳液合成小粒徑強發光晶體的方法值得推廣。
技術實現要素：
為了解決已有技術的問題，本發明提供了粒徑分布均勻，並且產品色純度高的鋱摻雜氟鈰鑭微米粉體（LaCeF3:xTb3+，其中x =0.05 ~ 0.13）的製備方法，並且在250 nm光的激發下得到產物在綠光區域內的強發光。本發明是通過以下技術方案實現的：
1）配製微乳液體系A和B：按質量分數分別準確稱取十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)(19.04%)、正丁醇(15.24%)、正辛烷(51.4%)各兩份，分別置於錐形瓶中，密閉攪拌1 h；
2）配製陰、陽離子溶液：陽離子，量取濃度為0.5 mol L-1的La(NO3)3溶液0.9 ml，Ce(NO3)3溶液0.9 ml，濃度為0.1 mol L-1的Tb(NO3)3溶液x ml(x = 0.5, 0.7, 0.9, 1.1, 1.3)並加入（1.3-x） mL水混合得到陽離子的溶液；陰離子溶液：稱取3 mmol NH4F溶解在3.1 ml水中即可以得到陰離子的溶液；
3）待微乳液體系攪拌均勻後，分別向A與B中加入陰、陽離子溶液，繼續攪拌1h；
4）將溶液A迅速倒入溶液B中，密閉混合攪拌約40 min，反應結束後得到LaCeF3納米粒子溶液；
5）將反應所得的溶液於15000 r/min的轉速下高速離心5 min，棄去離心管中的上層清液，得到LaCeF3納米粒子沉澱；
6）沉澱用乙醇洗滌三次；
7）洗滌後的樣品置於乾燥箱中60 ℃乾燥12 h。產物完全乾燥後，用瑪瑙研缽將其研磨成粉末，取部分樣品氮氣保護下於馬弗爐中550 ℃下煅燒2 h，得到待測樣品。
有益效果
鋱摻雜氟鈰鑭微米發光材料，其特徵在於，採用微乳液法，在室溫條件下，使用十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）為表面活性劑，得到粒徑均一、六方體形貌的鋱摻雜氟鈰鑭微米粒子，其化學式為LaCeF3:xTb3+，其中x = 0.05 ~ 0.13；本發明利用微乳液法實現離子水平上的均勻混合，所製得的產物粒徑均一、粉末狀、易研磨，且色純度高。該方法在室溫條件下即可進行，實驗條件溫和，反應時間短，是一種高效節能簡便的合成方法。這種鋱摻雜氟鈰鑭微米粒子的發光在綠光區域，在545 nm處發光最強。該螢光粉體在生物成像、LED發光等領域有潛在應用。
附圖說明
圖1為本發明的LaCeF3:0.11Tb3+的鋱摻雜氟鈰鑭微米發光粉體的XRD圖譜；
圖2為本發明的LaCeF3:xTb3+，其中x = 0.11鋱摻雜氟鈰鑭微米發光粉體的激發光譜圖；
圖3為本發明的LaCeF3:xTb3+，其中x = 0.05 ~ 0.11鋱摻雜氟鈰鑭微米發光粉體的發射光譜圖；
圖4為本發明的LaCeF3:xTb3+的鋱摻雜氟鈰鑭微米發光粉體掃描電鏡圖；
圖5為本發明的LaCeF3:xTb3+的鋱摻雜氟鈰鑭微米發光粉體掃描電鏡圖；
圖6為本發明的LaCeF3:0.11Tb3+的鋱摻雜氟鈰鑭微米發光粉體粒徑分布直方圖。
具體實施方式
下面通過實施例對本發明作詳細說明：
實施例1 一種鋱摻雜氟鈰鑭微米發光粉體，其化學式為LaCeF3: 0.05Tb3+；
1）配製微乳液體系A和B：按質量分數分別準確稱取十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)(19.04%)、正丁醇(15.24%)、正辛烷(51.4%)各兩份，分別置於錐形瓶中，密閉攪拌1 h；
2）配製陰、陽離子溶液：陽離子，量取濃度為0.5 mol L-1的La(NO3)3溶液0.9 ml，Ce(NO3)3溶液0.9 ml，濃度為0.1 mol L-1的Tb(NO3)3溶液0.5 ml並加入0.8 mL水混合得到陽離子的溶液；陰離子溶液：稱取3 mmol NH4F溶解在3.1 ml水中即可以得到陰離子的溶液；
3）待微乳液體系攪拌均勻後，分別向A與B中加入陰、陽離子溶液，繼續攪拌1h；
4）將溶液A迅速倒入溶液B中，密閉混合攪拌約40 min，反應結束後得到LaCeF3納米粒子溶液；
5）將反應所得的溶液於15000 r/min的轉速下高速離心5 min，棄去離心管中的上層清液，得到LaCeF3納米粒子沉澱；
6）沉澱用乙醇洗滌三次；
7）洗滌後的樣品置於乾燥箱中60 ℃乾燥12 h。產物完全乾燥後，用瑪瑙研缽將其研磨成粉末，取部分樣品氮氣保護下於馬弗爐中550 ℃下煅燒2 h，得到鋱摻雜氟鈰鑭微米發光粉體；
製得的化學式為LaCeF3:0.05Tb3+鋱摻雜氟鈰鑭微米發光粉體粒徑分布均勻，平均尺寸為0.58 μm，可被250 nm紫外光有效激發，實現強光發射，並且545 nm光區域處有強的發射光；
實施例2 一種鋱摻雜氟鈰鑭微米發光粉體，其化學式為LaCeF3:0.11Tb3+；
1）配製微乳液體系A和B：按質量分數分別準確稱取十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)(19.04%)、正丁醇(15.24%)、正辛烷(51.4%)各兩份，分別置於錐形瓶中，密閉攪拌1 h；
2）配製陰、陽離子溶液：陽離子，量取濃度為0.5 mol L-1的La(NO3)3溶液0.9 ml，Ce(NO3)3溶液0.9 ml，濃度為0.1 mol L-1的Tb(NO3)3溶液0.11 ml並加入0.2 mL水混合得到陽離子的溶液；陰離子溶液：稱取3 mmol NH4F溶解在3.1 ml水中即可以得到陰離子的溶液；
3）待微乳液體系攪拌均勻後，分別向A與B中加入陰、陽離子溶液，繼續攪拌1h；
4）將溶液A迅速倒入溶液B中，密閉混合攪拌約40 min，反應結束後得到LaCeF3納米粒子溶液；
5）將反應所得的溶液於15000 r/min的轉速下高速離心5 min，棄去離心管中的上層清液，得到LaCeF3納米粒子沉澱；
6）沉澱用乙醇洗滌三次；
7）洗滌後的樣品置於乾燥箱中60 ℃乾燥12 h。產物完全乾燥後，用瑪瑙研缽將其研磨成粉末，取部分樣品氮氣保護下於馬弗爐中550 ℃下煅燒2 h，得到鋱摻雜氟鈰鑭微米發光粉體；
製得的化學式為LaCeF3:0.05Tb3+鋱摻雜氟鈰鑭微米發光粉體粒徑分布均勻，平均尺寸為0.59 μm，可被250 nm紫外光有效激發，實現強光發射，並且545 nm光區域處有強的發射光。鋱摻雜氟鈰鑭微米發光粉體的最佳摻雜濃度即為11%；
實施例3 一種鋱摻雜氟鈰鑭微米發光粉體，其化學式為LaCeF3:0.13Tb3+；
1）配製微乳液體系A和B：按質量分數分別準確稱取十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)(19.04%)、正丁醇(15.24%)、正辛烷(51.4%)各兩份，分別置於錐形瓶中，密閉攪拌1 h；
2）配製陰、陽離子溶液：陽離子，量取濃度為0.5 mol L-1的La(NO3)3溶液0.9 ml，Ce(NO3)3溶液0.9 ml，濃度為0.1 mol L-1的Tb(NO3)3溶液0.13 ml得到陽離子的溶液；陰離子溶液：稱取3 mmol NH4F溶解在3.1 ml水中即可以得到陰離子的溶液；
3）待微乳液體系攪拌均勻後，分別向A與B中加入陰、陽離子溶液，繼續攪拌1h；
4）將溶液A迅速倒入溶液B中，密閉混合攪拌約40 min，反應結束後得到LaCeF3納米粒子溶液；
5）將反應所得的溶液於15000 r/min的轉速下高速離心5 min，棄去離心管中的上層清液，得到LaCeF3納米粒子沉澱；
6）沉澱用乙醇洗滌三次；
7）洗滌後的樣品置於乾燥箱中60 ℃乾燥12 h。產物完全乾燥後，用瑪瑙研缽將其研磨成粉末，取部分樣品氮氣保護下於馬弗爐中550 ℃下煅燒2 h，得到鋱摻雜氟鈰鑭微米發光粉體。
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