鎢酸釓銀上轉換材料及其製備方法

2023-04-28 11:28:31

專利名稱：鎢酸釓銀上轉換材料及其製備方法
技術領域：
本發明屬於材料技術領域，具體涉及一種鎢酸釓銀上轉換材料及其製備方法。
背景技術：
上轉換發光是指當採用波長較長的激發光(如紅外光)照射摻入稀土離子的樣 品時，樣品發射出波長較短的光(如可見光)的現象，它是一種反Mokes發光，已成為把紅 外光轉換成可見光的有效方法。太陽能電池的光電轉換層主要吸收可見光線，而對佔太陽 光全部能量高達43%的紅外光幾乎沒有吸收。因此可利用上轉換材料將紅外光轉換為太陽 能電池可以吸收利用的可見光，從而達到提高太陽能電池光電轉換效率的目的。現有的上轉換材料的基質材料主要有氟化物、滷化物和氧化物。氟化物的聲子能 量較低，具有較高的上轉換效率，但其化學穩定性和機械強度差，抗雷射損傷閾值低，製作 工藝難度大，在一定程度上限制了它的應用。滷化物具有較高的振動能，能夠提高轉換效 率，但是滷化物在空氣中易潮解，化學穩定性差。相對而言，氧化物的聲子能量較高，上轉換 效率較低，但是其化學穩定性高，製作工藝簡單，形成玻璃相的組分範圍大，因此具有潛在 的應用前景。目前，市場上存在多種防偽方式，例如利用紫外線照射反光，通過圖案來識別真 偽，利用紫外線的照射發出的螢光來識別真偽等等。雖然採用紫外光激發比較簡單，但能夠 將紫外光轉換成可見光的材料有很多種，所以材料的防偽性不強。採用稀土摻雜的上轉換 紅外防偽材料與廣泛存在的紫外防偽材料不同，其具有品種少、不易仿製、防偽性能強、紅 外發生器價格低廉等優點而具有廣泛的應用前景。

發明內容
本發明所要解決的一個技術問題在於提供一種發光強度高、發光強度可調的鎢酸 釓銀上轉換材料。本發明所要解決的另一個技術問題在於為鎢酸釓銀上轉換材料提供一種製備方法。解決上述技術問題所採用的技術方案是該鎢酸釓銀上轉換材料用通式 AgGdhJbxEry(WhMozO4)2表示的材料組成，式中χ為鐿原子的摩爾數，y為鉺原子的摩爾 數，ζ為鉬原子的摩爾數，0. 02彡χ彡0. 5,0. 015 ^ y ^ 0. 035,0彡ζ彡0. 8。本發明的鎢酸釓銀上轉換材料用通式AgGd1TyYbxEry (W1^zMozO4) 2表示的材料組成， 最佳χ為0. 2、y為0. 025、ζ為0或0. 2。上述鎢酸釓銀上轉換材料的製備方法由下述步驟組成1、原料的預處理將氧化釓、氧化鐿、氧化鉺在高溫爐中850°C預燒2小時，除去其中的水分和雜質。2、配料按通式AgGd1TjbxEry (WhMozO4) 2分別稱取氧化銀或硝酸銀或單質銀粉、氧化釓或硝酸釓、氧化鐿或硝酸鐿、氧化鉺或硝酸鉺、氧化鎢或鎢酸或鎢酸銨、氧化鉬或鉬酸或鉬酸 銨，在研缽中混合研磨20分鐘。3、燒結將配料步驟2得到的混合物裝入剛玉坩堝內，剛玉坩堝置於高溫爐內，950 1150°C燒結2 6小時，自然冷卻至室溫。4、製備鎢酸釓銀上轉換材料將步驟3燒結後的產物用研缽研磨至100目細度，製備成鎢酸釓銀上轉換材料。在本發明的燒結步驟3中，將配料步驟2得到的混合物裝入剛玉坩堝內，剛玉坩堝 置於高溫爐內，最佳在1100°c燒結4小時，自然冷卻至室溫。本發明是以鐿離子為敏化中心，鉺離子為激活中心的上轉換發光材料，材料製備 方法簡單、穩定、易於工業化生產。採用本發明所製備的鎢酸釓銀上轉換材料，可有效地吸 收紅外光，發出綠色光，中心波長位於525nm處，通過調整鉺離子的摻入量，能夠有效地提 高綠光的發光強度，能滿足太陽能電池及紅外防偽等材料的要求。





圖1是實施例1製備的鎢酸釓銀上轉換材料的X射線衍射圖. 圖2是實施例1製備的鎢酸釓銀上轉換材料的上轉換光譜圖< 圖3是實施例1製備的鎢酸釓銀上轉換材料的掃描電鏡圖。 圖4是實施例2製備的鎢酸釓銀上轉換材料的X射線衍射圖< 圖5是實施例2製備的鎢酸釓銀上轉換材料的上轉換光譜圖< 圖6是實施例2製備的鎢酸釓銀上轉換材料的掃描電鏡圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明進一步詳細說明，但本發明不限於這些實施例。實施例1以製備通式為AgGcUJbxEry (W^MozO4)2的鎢酸釓銀上轉換材料為例，式中χ為鐿 原子的摩爾數，y為鉺原子的摩爾數，ζ為鉬原子的摩爾數，χ為0. 2、y為0. 025、ζ為0，所 用的原料及其製備方法如下1、原料的預處理將氧化釓、氧化鐿、氧化鉺在高溫爐中850°C預燒2小時，除去其中的水分和雜質。2、配料按通式AgGda77Jba2Eratl25(WO4)2分別稱取純度為98%的氧化銀1. M90g、純度為 99. 99%的氧化釓1. 8403g、純度為99. 99%的氧化鐿0. 5163g、純度為99. 99%的氧化鉺 0. 06^g、純度為99. 9%的氧化鎢6. 0803g，在研缽中混合研磨20分鐘。3、燒結將配料步驟2得到的混合物裝入剛玉坩堝內，剛玉坩堝置於高溫爐內，1100°C燒 結4小時，自然冷卻至室溫。4、製備鎢酸釓銀上轉換材料將步驟3燒結後的產物用研缽研磨至100目細度，製備成鎢酸釓銀上轉換材料。
所製備的鎢酸釓銀上轉換材料採用X-射線粉末衍射儀、螢光光譜儀(以980nm紅 外雷射器作為激發光源)、環境掃描電子顯微鏡對其結構、發光性能及表面形貌進行測試， 結果見圖1 3。由圖1可見，所製備的鎢酸釓銀上轉換材料為四方結構。由圖2可見，所製備的鎢 酸釓銀上轉換材料在980nm波長作為激發波長的上轉換光譜中有較強的綠光發射，說明該 上轉換材料可有效地吸收紅外光，發出綠色光，其中心波長位於525nm處，發光強度高，色 純度好。由圖3可見，所製備的鎢酸釓銀上轉換材料的顆粒粒徑為2 5μπι。實施例2以製備通式為AgGcUJbxEry (W^MozO4)2的鎢酸釓銀上轉換材料為例，式中χ為鐿 原子的摩爾數，y為鉺原子的摩爾數，ζ為鉬原子的摩爾數，χ為0. 2、y為0. 025、ζ為0.2， 所用的原料及其製備方法如下 本實施例的配料步驟2中，按通式AgGdtl. 775Yb0.2Er0.025 (ff0.8Mo0.204) 2分別稱取純 度為98%的氧化銀1.6200g、純度為99. 99%的氧化釓1.9246g、純度為99. 99%的氧化 鐿0. MOOg、純度為99. 99%的氧化鉺0. 0655g、純度為99. 9%的氧化鎢5. 0870g、純度為 99. 5%的氧化鉬0. 7928g,在研缽中混合研磨20分鐘。其他步驟與實施例1相同，製備成鎢 酸釓銀上轉換材料。所製備的鎢酸釓銀上轉換材料採用X-射線粉末衍射儀、螢光光譜儀(以980nm紅 外雷射器作為激發光源)、環境掃描電子顯微鏡對其結構、發光性能及表面形貌進行測試， 結果見圖4 6。由圖4可見，所製備的鎢酸釓銀上轉換材料為四方結構。由圖5可見，所製備的鎢 酸釓銀上轉換材料在980nm波長作為激發波長的上轉換光譜中有較強的綠光發射，說明該 上轉換材料可有效地吸收紅外光，發出綠色光，其中心波長位於525nm處，發光強度高，色 純度好。由圖6可見，所製備的鎢酸釓銀上轉換材料的顆粒粒徑為2 5 μ rm。實施例3以製備通式為AgGcUJbxEry (W^MozO4)2的鎢酸釓銀上轉換材料為例，式中χ為鐿 原子的摩爾數，y為鉺原子的摩爾數，ζ為鉬原子的摩爾數，χ為0. 02、y為0. 015, ζ為0，所 用的原料及其製備方法如下本實施例的配料步驟2中，按通式AgGdtl. 965Yb0. C12Era 015 (WO4) 2分別稱取純度為98 % 的氧化銀1. M90g、純度為99. 99%的氧化釓2. ^15g、純度為99. 99%的氧化鐿0. 0516g、純 度為99. 99%的氧化鉺0. 0376g、純度為99. 9%的氧化鎢6. 0803g，在研缽中混合研磨20分 鍾。其他步驟與實施例1相同，製備成鎢酸釓銀上轉換材料。實施例4以製備通式為AgGcUJbxEry (W^MozO4)2的鎢酸釓銀上轉換材料為例，式中χ為鐿 原子的摩爾數，y為鉺原子的摩爾數，ζ為鉬原子的摩爾數，χ為0. 5、y為0. 035、ζ為0. 8， 所用的原料及其製備方法如下本實施例的配料步驟2中，按通式AgGdtl. 465Yb0.5Er0.035 (ff0.2Mo0.804) 2分別稱取純 度為98%的氧化銀1.8801g、純度為99. 99%的氧化釓1.3402g、純度為99. 99%的氧化 鐿1. 5667g、純度為99. 99%的氧化鉺0. 1064g、純度為99. 5%的氧化鉬3. 6805g、純度為 99. 9%的氧化鎢1. 4760g,在研缽中混合研磨20分鐘。其他步驟與實施例1相同，製備成鎢酸釓銀上轉換材料。實施例5在實施例1 4的配料步驟2中，所用原料氧化銀用硝酸銀替換，氧化釓用硝酸釓 替換，氧化鐿用硝酸鐿替換，氧化鉺用硝酸鉺替換，氧化鎢用鎢酸替換，氧化鉬用鉬酸替換， 其中銀原子、釓原子、鐿原子、鉺原子、鎢原子、鉬原子的摩爾數分別與相應實施例相同。其 他步驟與相應實施例相同，製備成鎢酸釓銀上轉換材料。實施例6在實施例1 4的配料步驟2中，所用原料氧化銀用單質銀粉替換，氧化鎢用鎢酸 銨替換，氧化鉬用鉬酸銨替換，其中銀原子、鎢原子、鉬原子的摩爾數分別與相應實施例相 同。其他步驟與相應實施例相同，製備成鎢酸釓銀上轉換材料。實施例7在實施例1 6的燒結步驟3中，將配料步驟2得到的混合物裝入剛玉坩堝內，剛 玉坩堝置於高溫爐內，950°C燒結6小時，自然冷卻至室溫。其他步驟與相應實施例相同，制 備成鎢酸釓銀上轉換材料。實施例8在實施例1 6的燒結步驟3中，將配料步驟2得到的混合物裝入剛玉坩堝內，剛 玉坩堝置於高溫爐內，1150°C燒結2小時，自然冷卻至室溫。其他步驟與相應實施例相同， 製備成鎢酸釓銀上轉換材料。為了確定本發明的最佳工藝步驟，發明人進行了大量的實驗室研究試驗，各種試 驗情況如下實驗儀器=Rigalcu D/Max-3c型X-射線粉末衍射儀，由日本理學株式會社生產； 螢光光譜儀(以980nm紅外雷射器作為激發光源)，由日本日立公司生產；QUanta200型環 境掃描電子顯微鏡，由FEI公司生產。UYb3+摻雜量對發光強度的影響製備8 組通式為 AgGdmYbxEry (W1JMozO4) 2(通式中 χ分別為 0. 02,0. 06,0. 08,0. U 0. 2、0. 3、0. 4、0. 5，y為0. 025，ζ為0)的鎢酸釓銀上轉換材料。按照表1中各組原料的用 量分別稱取8組純度為98%的氧化銀、純度為99. 99%的氧化釓、純度為99. 99%的氧化鐿、 純度為99. 99%的氧化鉺、純度為99. 9%的氧化鎢，在研缽中研磨20分鐘後，將研磨好的混 合物裝入剛玉坩堝內，剛玉坩堝置於高溫爐內，1100°C燒結4小時，自然冷卻至室溫，在研 缽中研磨至100目細度，製備成8組鎢酸釓銀上轉換材料，用螢光光譜儀(以980nm紅外激 光器作為激發光源)測試其發光強度。測試結果見表2。表1 製備 AgGda 975_xYbxEr0.025 (WO4) 2 各組原料的用量
χ(mol)y(mol)氧化銀質量(g)氧化鎢質量(g)氧化釓質量(g)氧化鐿(g)氧化餌質量(g)0. 020. 0251. 54906. 08032.26770. 05160.06260. 060. 0251. 54906.08032.17270. 15490.0626
權利要求
1.一種鎢酸釓銀上轉換材料，其特徵在於該鎢酸釓銀上轉換材料用通式 AgGdhJbxEry(WhMozO4)2表示的材料組成，式中χ為鐿原子的摩爾數，y為鉺原子的摩爾 數，ζ為鉬原子的摩爾數，0. 02彡χ彡0. 5,0. 015 ^ y ^ 0. 035,0彡ζ彡0. 8。
2.根據權利要求1所述的鎢酸釓銀上轉換材料，其特徵在於用通式 AgGd1TyYbxEry (W^MoA)2 表示的材料組成，式中 χ 為 0. 2，y 為 0. 025，ζ 為 0。
3.根據權利要求1所述的鎢酸釓銀上轉換材料，其特徵在於用通式 AgGd1TyYbxEry(WhMozO4)2 表示的材料組成，式中 χ 為 0. 2，y 為 0. 025，ζ 為 0. 2。
4.一種權利要求1所述的鎢酸釓銀上轉換材料的製備方法，其特徵在於由下述步驟組成(1)原料的預處理將氧化釓、氧化鐿、氧化鉺在高溫爐中850°C預燒2小時，除去其中的水分和雜質；(2)配料按通式AgGd1^YbxEry (W1^zMozO4) 2分別稱取氧化銀或硝酸銀或單質銀粉、氧化釓或硝酸 釓、氧化鐿或硝酸鐿、氧化鉺或硝酸鉺、氧化鎢或鎢酸或鎢酸銨、氧化鉬或鉬酸或鉬酸銨，在 研缽中混合研磨20分鐘；(3)燒結將配料步驟(2)得到的混合物裝入剛玉坩堝內，剛玉坩堝置於高溫爐內，950 1150°C 燒結2 6小時，自然冷卻至室溫；(4)製備鎢酸釓銀上轉換材料將步驟C3)燒結後的產物用研缽研磨至100目細度，製備成鎢酸釓銀上轉換材料。
5.根據權利要求4所述的鎢酸釓銀上轉換材料的製備方法，其特徵在於在燒結步驟 (3)中，將配料步驟⑵得到的混合物裝入剛玉坩堝內，剛玉坩堝置於高溫爐內，1100°C燒 結4小時，自然冷卻至室溫。
全文摘要
一種鎢酸釓銀上轉換材料，用通式AgGd1-x-yYbxEry(W1-zMozO4)2表示的材料組成，式中x為鐿原子的摩爾數，y為鉺原子的摩爾數，z為鉬原子的摩爾數，0.02≤x≤0.5，0.015≤y≤0.035，0≤z≤0.8，其製備方法包括原料的預處理、配料、燒結、製備鎢酸釓銀上轉換材料步驟。本發明以鐿離子為敏化中心，鉺離子為激活中心的上轉換發光材料，方法簡單、穩定、易於工業化生產。所製備的鎢酸釓銀上轉換材料可有效的吸收紅外光，發出綠色光，中心波長位於525nm處，通過調整鉺離子的摻入量，能夠有效地提高綠光的發光強度，能滿足太陽能電池及紅外防偽等材料的要求。
文檔編號C09K11/78GK102071023SQ20101057612
公開日2011年5月25日 申請日期2010年12月3日 優先權日2010年12月3日
發明者吳艾, 李剛, 焦桓, 王偉, 韓婷 申請人:陝西師範大學