專利名稱：二氧化鈦納米晶基質敏化紅色發(fā)光材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及納米熒光材料，尤其是涉及一種Sr^+摻雜二氧化鈦納米晶紅色 發(fā)光材料。
背景技術：
稀土離子是一類良好的發(fā)光中心，具有發(fā)光譜線窄，發(fā)光壽命長等優(yōu)點， 在光電子器件、液晶顯示器、生物熒光標記等方面得到廣闊的應用，受到國內 外學者的普遍關注。但由于稀土離子自身f一f^間電子的躍遷是對稱性禁阻的， 直接激發(fā)稀土離子的效率很低，因而，通過各種方式對稀土離子進行敏化是提 高稀土離子發(fā)光效率的有效途徑。Ti02是一種寬禁帶半導體，它具有高的化學熱 穩(wěn)定性，高折射率以及在可見光透光率好等優(yōu)點，是一種良好的發(fā)光基質。目 前，國內外對稀土摻雜二氧化鈦進行了廣泛的研究,以期能夠實現(xiàn)Ti02對稀土離 子的敏化發(fā)光，從而得到一種高效的發(fā)光材料。各研究表明，通過合理控制合 同條件，可以實現(xiàn)二氧化鈦納米晶到稀土離子的能量傳遞。但由于離子半徑大 的三價稀土離子很難以替代Ti離子的形式摻雜進入Ti02中，因而國內外大多數(shù)得 到的只是稀土離子在Ti02表面的弱發(fā)光，極大限制了這類材料的實際應用。三價 釤離子Sm^是一種重要的紅色發(fā)光材料的激活離子。實現(xiàn)Sm"離子在Ti02納米 晶中的有效慘雜，實現(xiàn)從Ti02到Sn^高效的能量傳遞，有望得到一種高效的紅色 熒光材料。

發(fā)明內容
本發(fā)明提出通過Ti02納米晶基質的敏化作用實現(xiàn)Sr^+高效紅色發(fā)光。 本發(fā)明制備的Ti02納米晶的組分為xSm3+—(l-x)Ti02 (其中x=0.5-6mol %)。本發(fā)明采用如下制備工藝室溫下，將醋酸釤(Sm(CH300)3'6H20)、蒸餾 水和無水乙醇在燒杯中混和均勻，得到透明溶液A，在另一燒杯中加入鈦酸四 正丁酯、無水乙醇，混和均勻得到透明溶液B，將溶液A和溶液B混合均勻得 到透明溶液C，攪拌溶液C直至出現(xiàn)白色沉淀，然后將C轉移到高壓釜中，在 低于15(TC下保溫，使其充分沉淀。
X射線粉末衍射實驗表明制備出來的Sm: Ti02納米晶是純的鈦銳礦結構。 掃描電鏡和透射電鏡表明得到的是由小顆粒納米晶組成的lum左右的球狀多晶 聚集體。通過選擇在Ti02的帶隙進行激發(fā)，能得到強的、尖銳的SmS+離子紅色 發(fā)光。表明此發(fā)明得到的Sm:Ti02納米材料是一種優(yōu)良的紅色納米熒光材料。
本發(fā)明材料制備工藝簡單、成本低，可以進行批量生產。本發(fā)明與目前國 內外制備的Sm: Ti02納米晶相比，Sr^+離子可以有效地摻雜到Ti02納米晶中 Ti的格點位置，而且實現(xiàn)了從Ti02到Sm"離子的高效能量傳遞，是一種優(yōu)良的 新型紅色發(fā)光材料。


圖1:摻Sm3+ 2mol% Ti02 50CTC煅燒2小時后的XRD圖2: (a)摻SmS+2molX的TiO2 50(TC煅燒2小時后的常溫激發(fā)和發(fā)射
譜，(b)樣品的低溫(10K)發(fā)射譜，從上到下選擇的激發(fā)波長分別為332nrn，
416.2nm;
圖3:從Ti02納米晶到Sn^離子的能量傳遞機理示意圖。
具體實施例方式
實例h將0.013g醋酸釤(Sm (CH3COO) 3.6H2C>)、 0.4ml蒸餾水和40ml 無水乙醇加入燒杯中，攪拌混和均勻，得到透明溶液A。在另一燒杯中加入40ml 無水乙醇和2ml鈦酸四正丁酯，攪拌得到透明溶液B。攪拌10分鐘后，在攪拌下將溶液A逐滴加入到溶液B中，得到透明溶液C,將C溶液繼續(xù)攪拌3小時得到渾濁液。將此渾濁液加入到40ml高壓釜中，在120'C保溫5小時，冷卻到室溫后將所得的沉淀離心分離，用無水乙醇洗滌三遍，然后在6(TC干燥12小時，得到非晶Ti02。非晶Ti02在50(TC灼燒2小時后得到鈦銳礦結構Sm3+(2mol%):Ti02納米晶，粒徑在8—20nm。用熒光光譜儀測樣品的發(fā)光，通過選擇在激發(fā)Ti02帶隙(332nm)，可以得到Sm"離子在613nm處的紅色強發(fā)光。
實例2:將0.026g醋酸釤(Sm (CH3COO) 3-6H20)、 0.4ml蒸餾水和40ml無水乙醇加入燒杯中，攪拌混和均勻，得到透明溶液A。在另一燒杯中加入40ml無水乙醇和2ml鈦酸四正丁酯，攪拌得到透明溶液B。攪拌10分鐘后，在攪拌下將溶液A逐滴加入到溶液B中，得到透明溶液C，將C溶液繼續(xù)攪拌3小時得到渾濁液。將此渾濁液加入到40nil高壓釜中，在12(TC保溫5小時，冷卻到室溫后將所得的沉淀離心分離，用無水乙醇洗滌三遍，然后在6CTC干燥12小時，得到非晶Ti02。非晶Ti02在50(TC灼燒2小時后得到鈦銳礦結構Sm^2mol。/。):Ti02納米晶，粒徑在8—20nm。用熒光光譜儀測樣品的發(fā)光，通過選擇在激發(fā)Ti02帶隙(332nm)，可以得到SmS+離子在613nm處的紅色強發(fā)光。
實例3:將0.039g醋酸釤(Sm (CH3COO) 3,6H20)、 0.4ml蒸餾水和40ml無水乙醇加入燒杯中，攪拌混和均勻，得到透明溶液A。在另一燒杯中加入40ml無水乙醇和2ml鈦酸四正丁酯，攪拌得到透明溶液B。攪拌10分鐘后，在攪拌下將溶液A逐滴加入到溶液B中，得到透明溶液C，將C溶液繼續(xù)攪拌3小時得到渾濁液。將此渾濁液加入到40ml高壓釜中，在12(TC保溫5小時，冷卻到室溫后將所得的沉淀離心分離，用無水乙醇洗滌三遍，然后在6CTC干燥12小時,得到非晶Ti02。非晶Ti02在500。C灼燒2小時后得到鈦銳礦結構Sr^+(2mol。/。):Ti02納米晶，粒徑在8—20nm。用熒光光譜儀測樣品的發(fā)光，通過選擇在激發(fā)Ti02帶隙G32nm)，可以得到Sm"離子在613nm處的紅色強發(fā)光。
實例4:將0.052g醋酸釤(Sm (CH3COO) 3'6H20)、 0.4ml蒸餾水和40ml無水乙醇加入燒杯中，攪拌混和均勻，得到透明溶液A。在另一燒杯中加入40ml無水乙醇和2ml鈦酸四正丁酯，攪拌得到透明溶液B。攪拌10分鐘后，在攪拌下將溶液A逐滴加入到溶液B中，得到透明溶液C，將C溶液繼續(xù)攪拌3小時得到渾濁液。將此渾濁液加入到40ml高壓釜中，在120'C保溫5小時，冷卻到室溫后將所得的沉淀離心分離，用無水乙醇洗滌三遍，然后在6(TC干燥12小時，得到非晶Ti02。非晶Ti02在50(TC灼燒2小時后得到鈦銳礦結構Sm,2mol。/。):Ti02納米晶，粒徑在8—20nm。用熒光光譜儀測樣品的發(fā)光，通過選擇在激發(fā)Ti02帶隙(332nm),可以得到Sm"離子在613nm處的紅色強發(fā)光。
實例5:將0.079g醋酸釤(Sm (CH3COO) 3'6H20)、 0.4ml蒸餾水和40ml無水乙醇加入燒杯中，攪拌混和均勻，得到透明溶液A。在另一燒杯中加入40ml無水乙醇和2ml鈦酸四正丁酯，攪拌得到透明溶液B。攪拌10分鐘后，在攪拌下將溶液A逐滴加入到溶液B中，得到透明溶液C，將C溶液繼續(xù)攪拌3小時得到渾濁液。將此渾濁液加入到40ml高壓釜中，在12(TC保溫5小時，冷卻到室溫后將所得的沉淀離心分離，用無水乙醇洗滌三遍，然后在6CTC干燥12小時，得到非晶Ti02。非晶Ti02在50(TC灼燒2小時后得到鈦銳礦結構Sm"(2mol。/。):Ti02納米晶，粒徑在8—20nm。用熒光光譜儀測樣品的發(fā)光，通過選擇在激發(fā)Ti02帶隙(332nm),可以得到Sm"離子在613nm處的紅色強發(fā)光。
實例6:將0.106g醋酸釤(Sm (CH3COO) 3.6H20)、 0.4ml蒸餾水和40ml無水乙醇加入燒杯中，攪拌混和均勻，得到透明溶液A。在另一燒杯中加入40ml無水乙醇和2ml鈦酸四正丁酯，攪拌得到透明溶液B。攪拌10分鐘后，在攪拌下將溶液A逐滴加入到溶液B中，得到透明溶液C，將C溶液繼續(xù)攪拌3小時得到渾濁液。將此渾濁液加入到40ml高壓釜中，在120。C保溫5小時，冷卻到室溫后將所得的沉淀離心分離，用無水乙醇洗滌三遍，然后在6(TC干燥12小時，得到非晶Ti02。非晶Ti02在50(TC灼燒2小時后得到鈦銳礦結構Sm^(2moin/。):Ti02納米晶，粒徑在8—20nm。用熒光光譜儀測樣品的發(fā)光，通過選擇在激發(fā)Ti02帶隙(332nm)，可以得到Sm"離子在613nm處的紅色強發(fā)光。
權利要求
1.二氧化鈦納米晶基質敏化紅色發(fā)光材料，其特征在于該發(fā)光材料的組分為xSm3+-(1-x)TiO2(其中x＝0.5-6mol％)。
2. —種二氧化鈦納米晶基質敏化紅色發(fā)光材料的制備方法，包括如下步驟室 溫下，將醋酸釤、蒸餾水和無水乙醇在燒杯中混和均勻，得到透明溶液A， 在另一燒杯中加入鈦酸四正丁酯、無水乙醇，混和均勻得到透明溶液B，將 溶液A和溶液B混合均勻得到透明溶液C，攪拌溶液C直至出現(xiàn)白色沉淀， 然后將C轉移到高壓釜中，在低于15(TC下保溫，使其充分沉淀。
全文摘要
一種基質敏化的Sm³⁺摻雜TiO₂紅色發(fā)光材料的制備，涉及納米熒光材料。本發(fā)明制備的Sm³⁺離子摻雜TiO₂納米晶的組分為xSm³⁺-(1-x)TiO₂(x＝0.5-6mol％)。用熒光光譜儀測樣品的發(fā)光，通過選擇激發(fā)TiO₂帶隙，可以使能量從TiO₂傳遞到Sm³⁺上能級從而實現(xiàn)Sm³⁺離子在613.0nm處的強紅色發(fā)光。
文檔編號C01G23/053GK101676362SQ200810071788
公開日2010年3月24日 申請日期2008年9月16日 優(yōu)先權日2008年9月16日
發(fā)明者劉永升, 李仁富, 羅文欽, 陳學元 申請人:中國科學院福建物質結構研究所