一種基於氧化錫銻的上轉換材料的製作方法

2024-03-30 20:01:05

本發明涉及一種基於氧化錫銻的上轉換材料，屬於材料技術領域。

背景技術：

上轉換材料，其應用涉及短波長雷射、紅外探測與顯示、生物標記、光學通訊、防偽等領域。上轉換材料是一種紅外光激發下能發出可見光的發光材料，即將紅外光轉換成可見光的材料。其特點是所吸收的光子能量低於發射的光子能量。這種現象違背斯託克定律。因此又被稱為反斯託克定律發光材料。

由於稀土離子具有豐富的電子能級、高原子磁矩、未成對的4f電子數較多以及電子的躍遷特性，所以稀土離子具有優異的光、電、磁、催化、儲氫及超導等性能，可製備出很多性能優越的稀土功能材料，在生物、信息、新材料、新能源等現代科學技術中起著十分核心的作用。如研究者們利用稀土元素的物理性質和化學性質，製備出了稀土磁性材料、稀土發光材料、稀土儲能材料、稀土催化材料、稀土生物材料、稀土農用材料等。稀土離子作為摻雜離子在製備上轉換發光材料中扮演著極為重要的角色，當前摻雜研究主要集中在鉺er3+、銩tm3+和鈥ho3+。在laf3中摻人物質的量的分數分別為12％和3％的yb3+和er3+時發出黃光，而摻人物質的量的分數分別為20％和1％的yb3+和h03十時發出綠光，而且發光強度隨著反應時間和反應溫度的變化而有所變化。將不同濃度的yb3+、er3+和tm3+共摻到nayf4納米顆粒中，可得到從可見光到近紅外光的多色螢光材料。

目前，由於技術及成本原因，上轉換材料還未廣泛應用於服用面料。

技術實現要素：

為了解決上述問題，本發明提供了一種基於氧化錫銻的上轉換材料及其製備方法。本發明的採用水熱法製備含有稀土上轉換材料的氧化錫銻納米材料，並將其應用於隔熱服用面料的開發。通過控制合適比例的上轉換材料與氧化錫銻的協同作用，以隔絕環境近紅外及紅外區輻射，達到隔熱的功能。

本發明的上轉換材料，主要是通過摻雜稀土元素鉺和鐿實現上轉換功能；所述上轉換材料的製備方法是：

(1)以一定摩爾比的氧化錫、氧化銻、硝酸鉺、硝酸鐿為主要原料，加入蒸餾水與冰醋酸作為混合溶劑，在反應釜中反應一段時間；

(2)然後密封反應釜，於在160-200℃烘箱中反應4小時，取出，自然冷卻；

(3)將反應產物過濾、乾燥，而後將產物在600-800℃煅燒2-4小時；

(4)將產物機械粉碎，得到稀土元素摻雜的氧化錫銻上轉換材料。

在一種實施方式中，所述氧化錫、氧化銻、硝酸鉺、硝酸鐿的摩爾比為45:4.7:0.2:0.2。

在一種實施方式中，所述蒸餾水與冰醋酸的體積比為1:1。

在一種實施方式中，所述反應釜中的反應條件是：180℃反應6小時。

在一種實施方式中，所述煅燒是在800℃煅燒2h。

本發明的第二個目的是提供一種面料的整理方法，所述方法是先上轉換材料充分研磨，然後加入水、在ph7～8下直接超聲分散到水性聚氨酯樹脂中得到塗料，然後將面料浸漬到塗料中，面料經軋車軋2-5次，於80℃固化一段時間，得到隔熱功能的面料。

在一種實施方式中，超聲分散，是分兩階段進行；先超聲波頻率為8000-10000hz下處理20-30min，然後於超聲波頻率為500-800hz下處理20-30min。

在一種實施方式中，所述上轉換材料、水、水性聚氨酯樹脂的質量比為1:20:80。

在一種實施方式中，所述軋車軋壓率為90％-98％。

在一種實施方式中，所述面料為棉織物。

在一種實施方式中，固化的時間為3h。

在一種實施方式中，所述充分研磨是研磨至50-500nm。

本發明的第三個目的是提供一種透明隔熱薄膜，所述透明隔熱薄膜是利用本發明的上轉換材料製備得到的；所述製備具體是：將先上轉換材料充分研磨，然後加入水、在ph7～8下直接超聲分散到水性聚氨酯樹脂中得到塗料；將塗料鍍膜在潔淨的玻璃基底上，然後於80℃固化一段時間，得到隔熱薄膜。

在一種實施方式中，所述上轉換材料、水、水性聚氨酯樹脂的質量比為1:20:80。

在一種實施方式中，所述超聲分散，是分兩階段進行；先超聲波頻率為8000-10000hz下處理20-30min，然後於超聲波頻率為500-800hz下處理20-30min。。

在一種實施方式中，薄膜厚度為10μm。

本發明的優點和效果：

(1)本發明的上轉換材料，是一種能夠將遠紅外能量轉換為近紅外能量的上轉換材料，上轉換材料中的氧化錫銻可以對紅外光進行大量屏蔽，而摻雜的一定量的稀土元素鉺和鐿能夠吸收環境中較長波長的紅外線能量，透過的紅外光進一步經稀土元素4f軌道激發和退激發過程放出近紅外能量，進一步有效地達到了隔熱的作用。

(2)本發明的上轉換材料創造性地應用於面料加工，可以製備得到隔熱性能良好的面料，而且可光光透過率良好，面料可以用於製備夏日服裝。製備的隔熱織物，柔軟性好，不會影響衣物的穿著舒適感。

(3)本發明的上轉換材料應用於面料加工時，使用方法非常簡便，而且不需要額外的加工設備，容易進行工業化應用；

(4)本發明的上轉換材料用於透明隔熱薄膜，通過對分散方法進行改進使得製備工藝較現有的更加簡便，製備得到的薄膜性能良好。

附圖說明

圖1為稀土摻雜氧化錫銻上轉換材料的透射電鏡圖。

具體實施方案

下面是對本發明進行具體描述。

實施例1：上轉換材料的製備

上轉換材料的製備方法是：

(1)以摩爾比45:4.7:0.2:0.2的氧化錫、氧化銻、硝酸鉺、硝酸鐿為主要原料，加入蒸餾水與冰醋酸(蒸餾水與冰醋酸的體積比為1:1)作為混合溶劑，在反應釜中反應一段時間；

(2)然後關閉反應釜，於在180℃烘箱中反應4小時，取出，自然冷卻；

(3)將反應產物中的溶劑蒸發，而後將產物在800℃煅燒2小時；

(4)將產物機械粉碎，得到稀土元素摻雜的氧化錫銻上轉換材料。

實施例2：上轉換材料的製備

上轉換材料的製備方法是：

(1)以摩爾比45:4.7:0.3:0.3的氧化錫、氧化銻、硝酸鉺、硝酸鐿為主要原料，加入蒸餾水與冰醋酸(蒸餾水與冰醋酸的體積比為1:1)作為混合溶劑，在反應釜中反應一段時間；

(2)然後關閉反應釜，於在180℃烘箱中反應4小時，取出，自然冷卻；

(3)將反應產物中的溶劑蒸發，而後將產物在800℃煅燒2小時；

(4)將產物機械粉碎，得到稀土元素摻雜的氧化錫銻上轉換材料。

實施例3：上轉換材料的製備

上轉換材料的製備方法是：

(1)以摩爾比45:8:0.3:0.3的氧化錫、氧化銻、硝酸鉺、硝酸鐿為主要原料，加入蒸餾水與冰醋酸(蒸餾水與冰醋酸的體積比為1:1)作為混合溶劑，在反應釜中反應一段時間；

(2)然後關閉反應釜，於在180℃烘箱中反應4小時，取出，自然冷卻；

(3)將反應產物中的溶劑蒸發，而後將產物在800℃煅燒2小時；

(4)將產物機械粉碎，得到稀土元素摻雜的氧化錫銻上轉換材料。

實施例4：上轉換材料用於面料整理

將實施例1-3製備得到的稀土元素摻雜的氧化錫銻上轉換材料，分別用於面料整理，具體方法如下：

先上轉換材料充分研磨，然後加入水、在ph7～8下直接超聲分散到水性聚氨酯樹脂中得到塗料，其中上轉換材料、水、水性聚氨酯樹脂的質量比為1:20:80；超聲分散是先超聲波頻率為8000hz下處理25min，然後於超聲波頻率為500hz下處理25min。然後將白色棉織物(純棉機織布(40s×40s/133*72))浸漬到塗料中，面料經軋車軋3次，軋壓率為97％，於80℃固化3h，得到隔熱功能的織物。

其中，實施例1-3的上轉換材料製備得到的隔熱功能的織物，隔熱性能如表1所示。

表1上轉換材料對織物隔熱性能的改善

其中，(1)對照1是指省略實施例1中的硝酸鉺、硝酸鐿且其他步驟和參數與實施例1完全一致製備得到的材料；(2)相對值是相對於原棉織物(即未經處理的織物)而言；比如原棉織物的可見光透過率為m，實施例1上轉化材料經本實施例處理後得到的隔熱功能的織物的可見光透過率為x，那麼可見光透過率相對值為(x/m)*100％。

測定可見光透過率、紅外光區透過率的儀器是傅立葉紅外光譜儀，在500-4000cm-1範圍內測定樣品的可見光及紅外透過率。

由表1可知，按照本實施例方法得到的具有隔熱功能的織物，其可見光透過率與原織物差別不大，但是紅外光區的透過率卻明顯減少，說明實施例1-3製備得到的上轉化材料，能夠有效地吸收並轉化環境中較長波長的紅外線，從而達到比對照1更好的隔熱效果。另外，實施例1的上轉化材料製備的隔熱織物，柔軟性好，不會影響衣物的穿著舒適感。

此外，發明人發現，在面料的整理過程中，軋車軋次數保持在3次左右為宜，僅軋一次無法保證良好的紅外光阻隔性能。保持軋壓率在97％左右，也是儘量保證了織物上餘留的塗料的含量，在適合的塗料含量/厚度下，才能保證良好的紅外光阻隔效果。

實施例5：上轉換材料用於製備透明隔熱薄膜

將實施例1-3製備得到的稀土元素摻雜的氧化錫銻上轉換材料，分別用於透明隔熱薄膜製備，具體方法如下：

將先上轉換材料充分研磨，然後加入水、在ph7～8下直接超聲分散到水性聚氨酯樹脂中得到塗料，其中上轉換材料、水、水性聚氨酯樹脂的質量比為1:20:80；超聲分散是先超聲波頻率為8000hz下處理25min，然後於超聲波頻率為500hz下處理25min。將塗料鍍膜在潔淨的玻璃基底上，然後於80℃固化一段時間，得到隔熱薄膜，薄膜厚度為10μm。結果如表2所示。

表2上轉換材料對透明隔熱薄膜性能的改善

其中，對照1是指省略實施例1中的硝酸鉺、硝酸鐿且其他步驟和參數與實施例1完全一致製備得到的材料。

雖然本發明已以較佳實施例公開如上，但其並非用以限定本發明，任何熟悉此技術的人，在不脫離本發明的精神和範圍內，都可做各種的改動與修飾，因此本發明的保護範圍應該以權利要求書所界定的為準。