本發(fā)明屬于稀土發(fā)光材料技術領域，具體涉及一種光致發(fā)光晶體材料硼酸釤鈉及其制備方法和應用。

背景技術：

在發(fā)光材料以及發(fā)光學的發(fā)展過程中，稀土發(fā)光材料有著里程碑的作用，稀土元素也比其它元素發(fā)揮著更加重要的作用。稀土發(fā)光材料主要有稀土摻雜的堿土金屬硫化物、稀土摻雜的堿土金屬氟鹵化物、稀土摻雜的鉭酸鹽以及稀土摻雜的氧化物等幾大體系。在光存儲、放射劑量測定、紅外傳感、圖像增強、近紅外-可見光轉換等方面有廣泛的應用前景。稀土離子具有未充滿的4f電子殼層，因此具有豐富的電子能級和長壽命激發(fā)態(tài)，能級躍遷通道多達20余萬個，可以產(chǎn)生多種多樣的輻射吸收和發(fā)射。稀土原子或離子大約有三萬余條可觀察到的譜線，它們可以發(fā)射從紫外光、可見光到紅外光區(qū)的各種波長的電磁輻射。隨著稀土分離、提純及相關技術的進步，稀土發(fā)光材料的研究和應用得到了顯著的發(fā)展。稀土發(fā)光材料具有很多優(yōu)異的特點，如光吸收能力強、發(fā)射波長分布區(qū)域?qū)捄桶l(fā)射光譜帶窄等，同時由于稀土離子電子構型為4fⁿ5s²5p⁶（0≤n≤14），電子受到屏蔽，所以摻入基質(zhì)晶格中時4f電子受到周圍環(huán)境的影響很弱。正是這些優(yōu)異的特性，使稀土化合物成為探尋高新技術材料的主要研究對象。目前，稀土發(fā)光材料廣泛應用于照明、顯示、顯像、醫(yī)學放射學圖像、輻射場的探測和記錄等領域，形成了很大的工業(yè)生產(chǎn)和消費市場規(guī)模。近年來，隨著PDP、場致電子發(fā)射顯示器（FED）和有機電激光顯示（OLED）等平板顯示的出現(xiàn)，稀土發(fā)光材料的研究也日益成為發(fā)光材料研究的重點和前沿，國內(nèi)外的競爭非常激烈。我國擁有發(fā)展稀土應用得天獨厚的資源優(yōu)勢，世界稀土資源中，30%的稀土資源在我國，并且品種齊全。目前我國稀土資源利用特點是，一方面出口原料和粗產(chǎn)品；另一方面卻在進口成品和精制品。我國在稀土深加工及稀土功能材料的開發(fā)和應用領域并不站在世界前列。因此，開展稀土精細加工和稀土功能材料的研究具有重要的意義，而稀土發(fā)光材料的研究也是其中的一個主要方向。

以硼酸鹽為基質(zhì)的稀土發(fā)光材料是發(fā)光材料中的一個分支。硼酸鹽由于燒結溫度低，原料價格低廉，種類繁多，合成工藝簡單，被認為是很有實用價值的發(fā)光基質(zhì)。硼酸鹽基質(zhì)結構組成的多樣性及結構中B-O配位方式的不同，使其適用于不同光源激發(fā)的基質(zhì)材料。當前稀土硼酸鹽發(fā)光材料的研究主要還處于實驗室階段，得到實際應用的很少。如何開發(fā)新型硼酸鹽發(fā)光材料，提升天然硼酸鹽礦物的利用價值，是研究者需要思考的問題。另外，硼酸鹽發(fā)光材料的研究主要集中在制備方法、性能表征和結構推測方面，對于材料發(fā)光現(xiàn)象的機理以及影響因素的研究還相對薄弱，尚未形成完善的理論體系，需要進一步加強理論研究。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術問題是提供了一種光致發(fā)光晶體材料硼酸釤鈉及其制備方法，該晶體材料硼酸釤鈉不需要復雜的制備工藝和稀土離子的摻雜，其材料本體就含有稀土離子Sm³⁺，并可以在激發(fā)光下發(fā)射出強烈的Sm³⁺特征橙紅色發(fā)射光，以滿足實際應用需要，制得的光致發(fā)光晶體材料硼酸釤鈉能夠應用于熒光發(fā)光材料或電子器件中。

本發(fā)明為解決上述技術問題采用如下技術方案，一種光致發(fā)光晶體材料硼酸釤鈉，其特征在于：該晶體材料硼酸銪鉀的化學式為Na₃Sm(BO₃)₂，屬于單斜晶系，空間群為P2₁/n，單胞參數(shù)為a=6.5667 (3)?，b=8.7675 (4)?，c=10.1850 (5)?，β=90.86°，Z=4，V=586.32 (5)?³。

本發(fā)明所述的光致發(fā)光晶體材料硼酸釤鈉的制備方法，其特征在于具體步驟為：采用高溫熔鹽合成法，以反應體系中過量的Na₂O-B₂O₃體系為助熔劑，將原料Na₂CO₃、Sm₂O₃和H₃BO₃按照摩爾比為4:1:6的比例混合并充分碾磨均勻，裝入鉑金坩堝中壓實后置于馬弗爐中，先將反應物于950℃充分熔融靜置24h，再急冷降溫至850℃恒溫24h，然后以2℃/h的降溫速率降溫至700℃，最后急冷降溫至室溫制得淡黃色透明的長條形單晶體。

本發(fā)明所述的光致發(fā)光晶體材料硼酸釤鈉在熒光發(fā)光材料或電子器件中的應用。

熒光光譜測試表明，本發(fā)明提供的化合物Na₃Sm(BO₃)₂可發(fā)射強的橙紅色光，可用作公共場合和車站碼頭航標燈等發(fā)光材料領域。并且合成發(fā)光材料的的合成方法簡單，原料廉價易得，產(chǎn)物無毒無污染，發(fā)光性能優(yōu)良。

附圖說明

圖1是本發(fā)明制得的Na₃Sm(BO₃)₂晶體空間結構圖；

圖2是本發(fā)明制得的Na₃Sm(BO₃)₂晶體粉末衍射和單晶數(shù)據(jù)模擬的對比圖；

圖3是本發(fā)明制得的Na₃Sm(BO₃)₂晶體的激發(fā)熒光譜圖；

圖4是本發(fā)明制得的Na₃Sm(BO₃)₂晶體的發(fā)射熒光譜圖。

具體實施方式

以下通過實施例對本發(fā)明的上述內(nèi)容做進一步詳細說明，但不應該將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本發(fā)明上述內(nèi)容實現(xiàn)的技術均屬于本發(fā)明的范圍。

實施例

硼酸釤鈉Na₃Sm(BO₃)₂晶體的制備：本發(fā)明生長晶體的方法稱為高溫熔鹽法，又稱為助熔劑法，這種方法是將晶體成分在高溫下溶解于低于其熔點的助熔劑中，形成均勻飽和溶液，之后通過緩慢降溫或其它方法形成過飽和溶液使晶體析出。本實驗采用晶體成分以外的部分Na₂O-B₂O₃體系，由于熔點較低相當于作了助熔劑，這樣原料既是目標晶體又作助熔劑，有很大的靈活性，同時避免了引入其它雜質(zhì)。具體操作步驟如下：將原料Na₂CO₃、Sm₂O₃和H₃BO₃按照摩爾比為4:1:6的比例在電子天平上準確稱取，由于碳酸鈉的熔化會釋放出CO₂氣體，所以先將原料放入瑪瑙研缽中混合均勻，然后裝入鉑金坩鍋中，置于950℃的馬弗爐內(nèi)至使其完全熔化，待氣體全部逸出后取出，緩慢搖擺將溶液冷卻凝固于坩堝內(nèi)壁，加蓋后再置于馬弗爐內(nèi)恒溫24h，再迅速降溫至850℃恒溫24，之后以2℃/h的降溫速率緩慢降溫至700℃，當降溫完成后直接關閉電源，使溫度迅速降到室溫，避免其它新相生成或發(fā)生相變。待坩鍋冷卻至室溫后，將其在水中浸泡，洗去助熔劑，烘干后即得到無色透明的晶體，其物理化學性質(zhì)穩(wěn)定，不潮解，不風化，不易分解。

單晶結構分析：在光學顯微鏡下挑選一顆透明完好的小晶體粘在玻璃絲上，于室溫下在布魯克Smart Apex 2 CCD面探測器衍射儀（鉬靶λ=0.71073?）上尋峰、指標化，以確定晶胞參數(shù)和取向矩陣。原始數(shù)據(jù)以ω掃描方式收集完成后，經(jīng)過數(shù)據(jù)還原、吸收校正之后，就可以獲得衍射指標、衍射強度以及背景強度等數(shù)據(jù)。在得到晶胞參數(shù)和衍射強度數(shù)據(jù)后，選擇正確的空間群，用直接法得到重原子的位置，其余原子位置通過差值傅立葉合成來確定，然后對全部原子坐標及原子位移參數(shù)等進行基于F²的全矩陣最小二乘法精修至收斂。以上結構解析和精修均使用Shelx-2013程序完成。最后，通過Platon程序?qū)ζ淇臻g群進行檢查并在網(wǎng)站上對其結構進行檢查，無晶體學錯誤。單晶結構擬合出的粉末衍射圖與試驗得到的粉末衍射圖進行對比（見附圖2），驗證結構解析的正確性。單晶結構測定的參數(shù)如下表所示：

將所得產(chǎn)物用FLS980熒光光譜儀進行分析，在605nm發(fā)射光監(jiān)控下測試其激發(fā)熒光，得到一系列位于360～450nm范圍內(nèi)的激發(fā)峰（364nm、377nm、392nm、406nm、419nm和442nm），最大峰值位于406nm，匹配近紫外LED芯片（見附圖3）。晶體Na₃Sm(BO₃)₂的熒光發(fā)射譜如附圖4所示，在406nm波長光的激發(fā)下，材料發(fā)出Sm³⁺離子的四個特征熒光峰，分別在566nm、605nm、650nm和714nm處出現(xiàn)，分別歸屬于Sm³⁺離子的⁴G_5/2→⁶H_5/2，⁵G_5/2→⁶H_7/2，⁴G_5/2→⁶H_9/2，⁴G_5/2→⁶H_11/2能級躍遷，最強發(fā)射峰位于605nm處，樣品發(fā)射明亮的橙紅色熒光。

以上實施例描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及優(yōu)點，本行業(yè)的技術人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明原理的范圍下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進均落入本發(fā)明保護的范圍內(nèi)。