專利名稱：一種上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光材料，特別涉及一種上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料是一種重要的光電功能材料，在上轉(zhuǎn)換熒光粉、激光技術(shù)，高密度光存儲、生物分子的熒光探針、高分辨顯示等領(lǐng)域均具有廣泛的應(yīng)用前景。
目前，已經(jīng)報導(dǎo)了大量稀土離子摻雜材料的上轉(zhuǎn)換發(fā)光現(xiàn)象，其中，由
于Er"的、/2和、^能級可以很容易的被800nm和980nm半導(dǎo)體激光器所激發(fā)，以及YbS+到E^有效的能量傳遞，所以對E,離子和E,， ￥133+共摻的上轉(zhuǎn)換發(fā)光現(xiàn)象研究得比較多。
選擇合適的基質(zhì)材料，可以極大的提高上轉(zhuǎn)換發(fā)光效率。目前使用的基質(zhì)材料主要有氟化物或氧化物基質(zhì)。對于稀土離子摻雜的溴氧化物上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料，研究很少。溴四氧化三釔(Y304Br)，具有聲子能量低的優(yōu)點，是一種潛在的優(yōu)良的上轉(zhuǎn)換發(fā)光基質(zhì)材料。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為了提供一種化學(xué)純度高、發(fā)光強度高的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料及其制備方法。
為實現(xiàn)該發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料，其特征在于以溴四氧化三釔(Y304Br)為基質(zhì)材
料，在該基質(zhì)材料中摻有Er3+，其化學(xué)通式為(Y^Ei^)304Br， x代表Er3+離子的摻雜量，即E,的物質(zhì)的量與(Y"+ErS+)的總物質(zhì)的量的比值，取值范圍為0.01 0.1。
進一步地，所述基質(zhì)材料中還摻有Yb3+，其化學(xué)通式為(YLx.yErxYby)304Br， x為0.01， y代表￥1 3+離子的摻雜量，即Yb3+的物質(zhì)的量與(丫3++￡一++￥1)3+)的總物質(zhì)的量的比值，取值范圍為0<y《0. 15。
一種上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的制備方法，包括以下步驟
(1) 分別配置lmol/L的釔鹽溶液和lmol/L的鉺鹽溶液；
(2) 量取一定體積的上述釔鹽溶液和鉺鹽溶液，加入到過量的草酸溶液或堿性溶液中，形成白色沉淀物；
(3) 將所得沉淀物在80 12(TC下干燥4 10小時,然后在400 90(TC下灼燒1~6小時，沉淀物分解為納米尺寸的稀土氧化物(YkEr》203粉末，x取值為0.01~0.1;
(4) 稱取一定量的NH4Br，或NH4Br和KBr，與得到的(YlxErx)203粉末研磨混合均勻后在400 600 "C下惰性氣體氣氛下灼燒1~3小時，而后繼續(xù)在800 1100 "C下惰性氣體氣氛下灼燒1 2小時后冷卻到室溫，其中(￥3++￡1"3+)與腿481"摩爾比為1:1 3， KBr占總質(zhì)量((YLxE^)203、 NH4Br的質(zhì)量和)的0 10%;
(5) 將燒結(jié)后的粉末用酒精清洗，在80 12(TC下干燥6 24小時，即得該上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料成品。
進一歩地上述步驟(1)為分別配置lmol/L的釔鹽溶液、lmol/L的鉺鹽溶液和lmol/L的鐿鹽溶液；步驟(2)為量取一定體積的上述釔鹽溶液、鉺鹽溶液和鐿鹽溶液，加入到過量的草酸溶液或堿性溶液中后形成白
色沉淀物；步驟(3)為將所得沉淀物在80 12(TC下干燥4 10小時,然后在400 90(TC下灼燒1~6小時，沉淀物分解為納米尺寸的稀土氧化物(Y"x-yErxYby)203粉末，x取值為O.Ol， y取值為y取伹為0<y《().15;步驟(4)為稱取一定量的NH4Br，或NH4Br和KBr，與得到的(Y^yErxYby)203粉末研磨混合均勻后在400 600 "C下惰性氣體氣氛下灼燒1 3小時，而后繼續(xù)在800~1100 'C下惰性氣體氣氛下灼燒1 2小時后冷卻到室溫，其中(￥3++￡1"3++￥153+)與>^481*摩爾比為1:1~3， KBr占總質(zhì)量((Yi.x.yErxYby)203、NH4Br的質(zhì)量和)的0 10%。
所述釔鹽溶液為Y(N03)3溶液或YC13溶液，所述鉺鹽溶液為Er(N03)3溶液或ErCl3溶液，所述鐿鹽溶液為Yb(N03)3溶液或YbCl3溶液。
所述堿性溶液為氫氧化鈉溶液、草酸氨溶液、碳酸氫氨溶液或氨水溶液。
上述惰性氣體為氮氣或氬氣(Ar)。本發(fā)明首先利用共沉淀法制備了成分達到分子級水平均勻混合的無定形前驅(qū)體稀土氧化物粉末，然后通過高溫固相技術(shù)處理后，得到上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料。本發(fā)明制備的新型上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料不僅物相純度高，而且在980mn紅外激光泵浦下具有高亮度的優(yōu)點，在上轉(zhuǎn)換熒光粉，激光技術(shù)，光存儲，彩色平板顯示等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。另外本發(fā)明上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的制備方法，工藝簡單，成本低廉，污染小。
圖1是實施例1所得到的(Y。.99Er。.(n)304Br熒光粉的X射線衍射圖。圖2是實施例1所得到的(Yo.99Er。.(n)304Br熒光粉在980 nm激光激發(fā)下的上轉(zhuǎn)換發(fā)光光譜。
圖3是實施例2所得到的(Yo.97Ero.o3)304Br熒光粉在980 nm激光激發(fā)下的上轉(zhuǎn)換發(fā)光光譜。
圖4是實施例3所得到的(Y。.9Er。.03O4Br熒光粉在980 nm激光激發(fā)下的上轉(zhuǎn)換發(fā)光光譜。
圖5是實施例4所得到的(Yo.98Ero.(nYbQ.Q1)304Br熒光粉在980 nm激光激發(fā)下的上轉(zhuǎn)換發(fā)光光譜。
圖6是實施例5所得到的(Y。,88Er謹(jǐn)Ybo.u)304Br熒光粉在980 nm激光激發(fā)下的上轉(zhuǎn)換發(fā)光光譜。
圖7是實施例6所得到的(Y,Er。.(nYb。.,5)304Br熒光粉在980 nm激光激發(fā)下的上轉(zhuǎn)換發(fā)光光譜。
具體實施方式
實施例1
本實施例涉及化學(xué)表達式為(Yo.99Er。.(H)304Br的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的制備(1)先配置lmol/L的Er(N03)3和Y(N03)3標(biāo)準(zhǔn)溶液和0.5mol/L的草酸(H2C204)溶液；(2)用移液管分別準(zhǔn)確稱取Y(N03)3溶液4.95毫升，Er(N03)3溶液0.05毫升，倒入燒杯，在磁力攪拌器攪拌下緩慢滴入H2C204溶液20毫升，使之沉淀；(3)將所得沉淀物過濾放入烘箱8(TC干燥10小時，然后將其放入坩堝中，移入高溫爐中40(TC灼燒6小時得到納米尺寸的(Yo.99Ero.(H)203粉末；(4)稱取0.49g NH4Br與得到的(Y。.99Ero.(H)203粉末研磨30分鐘，然后放入高溫爐中40(TC氮氣氣氛下灼燒3小時，90(TC氮氣氣氛下灼燒1小時，自然冷卻到室溫；(5)將灼燒后的粉末用酒精清洗一遍，放入烘箱80。C下干燥10小時，即得樣品(Yo.99Er謹(jǐn))304Br。樣品的X射線衍射圖參見圖1 ，與Gd304Br的標(biāo)準(zhǔn)衍射譜(JCPDS NO.41-0048) —致(目前尚無Y304Br材料的標(biāo)準(zhǔn)卡片)。圖1說明合成的樣品為純的四方相結(jié)構(gòu)。
樣品在980 nm激光激發(fā)下的上轉(zhuǎn)換發(fā)光光譜參見圖2。樣品在980 nm激光激發(fā)下，在lmW的激發(fā)光強度下，仍然可以觀察到肉眼清晰可見的綠色上轉(zhuǎn)換發(fā)光，說明本發(fā)明極具應(yīng)用價值。實驗中用中性密度衰減片將激光功率從70mW衰減到lmW，用光功率計測量激光強度，綠色上轉(zhuǎn)換發(fā)光在日光燈下用肉眼觀察。
實施例2
本實施例涉及化學(xué)表達式為(Y。.97Er。.03)3O4Br的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的制備(1)先配置lmol/L的ErCl3和YC13標(biāo)準(zhǔn)溶液和0.2mol/L的(,)2(:204溶液；(2)用移液管分別準(zhǔn)確稱取YCl3溶液4.85毫升，ErCV溶液0.15毫
升，倒入燒杯，在磁力攪拌器攪拌下緩慢滴入(NH4)2C2O4溶液50毫升，使
之沉淀；(3)將所得沉淀物過濾放入烘箱IO(TC干燥6小時，然后將其放入坩堝中，移入高溫爐中650"C灼燒3小時得到納米尺寸的(Yo.97Er,)203粉末；(4)稱取0.49g NH4Br， O.lg KBr與得到的(Yo.97Ero.。3)203粉末研磨40分鐘，然后放入高溫爐中500。C氬氣氣氛下灼燒2小時，800。C氬氣氣氛下灼燒2小時，自然冷卻到室溫；(5)將灼燒后的粉末用酒精清洗二遍，放入烘箱100 'C下干燥8小時，即得樣品。樣品為純的四方相結(jié)構(gòu)；樣品在980 nm激光激發(fā)下發(fā)出黃綠色光。
樣品在980nm激光激發(fā)下的上轉(zhuǎn)換發(fā)光光譜參見圖3。
實施例3
本實施例涉及化學(xué)表達式為(Yo.9Ero.0304Br的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的制備(1)先配置lmol/L的Er(N03)3和Y(N03)3標(biāo)準(zhǔn)溶液和lmol/L的NaOH溶液；(2)用移液管分別準(zhǔn)確稱取Y(N03)3溶液45毫升，Er(N03)3溶液5毫升，倒入燒杯，在磁力攪拌器攪拌下緩慢滴入NaOH溶液250毫升，使之沉淀；(3)將所得沉淀物過濾放入烘箱12(TC干燥4小時，然后將其放入坩堝中，移入高溫爐中90(TC灼燒1小時得到納米尺寸的(Yo.9Er(u)203粉末；
(4)稱取9.8g NH4Br， 0.8g KBr與得到的(Yo.9Er(n)203粉末研磨50分鐘，然后放入高溫爐中60(TC氮氣氣氛下灼燒1小時，90(TC氮氣氣氛下灼燒1小時，自然冷卻到室溫；(5)將灼燒后的粉末用酒精清洗三遍，放入烘箱12(TC下干燥6小時，即得樣品。樣品為純的四方相結(jié)構(gòu)。樣品在980 nm激光激發(fā)下發(fā)出紅色光。
樣品在980 nm激光激發(fā)下的上轉(zhuǎn)換發(fā)光光譜參見圖4。實施例4
本實施例涉及化學(xué)表達式為(Yo.98Era(nYbo.(H)304Br的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的制備(1)先配置lmol/L的Y(N03)3、 Er(N03)3和Yb(N03)3標(biāo)準(zhǔn)溶液和0.5mol/L的NHUHC03溶液；(2)用移液管分別準(zhǔn)確稱取Y(N03)3溶液4.9毫升，Er(NO3)3溶液0.05毫升，Yb(N03)3溶液0.05毫升，倒入燒杯，在磁力攪拌器攪拌下緩慢滴入NH4HCO3溶液50毫升，使之沉淀；(3)將所得沉淀物過濾放入烘箱120'C干燥4小時，然后將其放入坩堝中，移入高溫爐中65(TC灼燒3小時得到納米尺寸的(Y,Ero.(nYb。.(n)粉末；(4)稱取1.47gNH4Br， 0.22g KBr與得到的(Y固Er,Yb謹(jǐn))粉末研磨60分鐘，然后放入高溫爐中50(TC氬氣氣氛下灼燒1.5小時，1100'C氬氣氣氛下灼燒1小時，自然冷卻到室溫；(5)將灼燒后的粉末用酒精清洗四遍，放入烘箱120°C下干燥8小時，即得樣品。樣品為純的四方相結(jié)構(gòu)。樣品在980nm激光激發(fā)下發(fā)出黃綠色光。
樣品在980nm激光激發(fā)下的上轉(zhuǎn)換發(fā)光光譜參見圖5。實施例5
本實施例涉及化學(xué)表達式為(Y謹(jǐn)Er謹(jǐn)Yb。.n)304Br的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的制備(1)先配置lmol/L的YC13、 ErCl3和YbCl3標(biāo)準(zhǔn)溶液；(2)用移液管分別準(zhǔn)確稱取YCV溶液4.4毫升，ErCl3溶液0.05毫升，YbCl3溶液0.55毫升，倒入燒杯，在磁力攪拌器攪拌下緩慢滴入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為28%的NH4OH溶液45毫升，使之沉淀；(3)將所得沉淀物過濾放入烘箱8(TC干燥8小時，然后將其放入坩堝中，移入高溫爐中650'C灼燒4小時得到納米尺寸的(Y謹(jǐn)Er謹(jǐn)Ybo.u)203粉末；(4)稱取0.98g NH4Br， 0.08g KBr與得到的(Y0.88Er0.01Yb0.u)2O3粉末研磨40分鐘，然后放入高溫爐中600。C氬氣氣氛下灼燒1小時，IIO(TC氬氣氣氛下灼燒1小時，自然冷卻到室溫；(5)將燒結(jié)后的粉末用酒精清洗四遍，放入烘箱8(TC下干燥24小時，即得樣品。樣品為純的四方相結(jié)構(gòu)。樣品在980 nm激光激發(fā)下發(fā)出紅色光。
樣品在980 nm激光激發(fā)下的上轉(zhuǎn)換發(fā)光光譜參見圖6。
實施例6
本實施例涉及化學(xué)表達式為(Yo.84Ero.(nYb(u5)304Br的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的制備(1)先配置lmol/L的Y(N03)3、 Er(N03)3和Yb(N03)3標(biāo)準(zhǔn)溶液；(2)用移液管分別準(zhǔn)確稱取Y(N03)3溶液4.2毫升，Er(N03)3溶液0.05毫升，Yb(NO3)3溶液0.75毫升，倒入燒杯，在磁力攪拌器攪拌下緩慢滴入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為28。/。的NH4OH溶液50毫升，使之沉淀；(3)將所得沉淀物過濾放入烘箱8(TC干燥8小時，然后將其放入坩堝中，移入高溫爐中70(TC灼燒3小時得到納米尺寸的(Yo.84Er謹(jǐn)Yb(u5)203粉末；(4)稱取0.98gNH4Br， 0.08gKBr與得到的(Y。.84Er。.(nYb(U5)203粉末研磨40分鐘，然后放入高溫爐中60(TC氮氣氣氛下灼燒1小時，80(TC氮氣氣氛下灼燒2小時，自然冷卻到室溫；(5)將灼燒后的粉末用酒精清洗四遍，放入烘箱8(TC下干燥10小時，即得樣品。樣品為純的四方相結(jié)構(gòu)。樣品在980nm激光激發(fā)下發(fā)出紅色光。
樣品在980nm激光激發(fā)下的上轉(zhuǎn)換發(fā)光光譜參見圖7。
ii
權(quán)利要求
1、一種上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料，其特征在于以溴四氧化三釔(Y3O4Br)為基質(zhì)材料，在該基質(zhì)材料中摻有Er3+，其化學(xué)通式為(Y1-xErx)3O4Br，其中x代表Er3+離子的摻雜量，取值范圍為0.01～0.1。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料，其特征在于所述基質(zhì) 材料中還摻有Yb3、其化學(xué)通式為(Yi-x-yErxYby)304Br， x為0.01， y代表Yb3+離子的摻雜量，取值 范圍為0<y《0. 15。
3、 一種上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的制備方法，包括以下步驟(1) 分別配置lmol/L的釔鹽溶液和lmol/L的鉺鹽溶液；(2) 量取一定體積的上述釔鹽溶液和鉺鹽溶液，加入到過量的草 酸溶液或堿性溶液中，形成白色沉淀物；(3) 將所得沉淀物在80 12(TC下干燥4~10小時,然后在 400 90(TC下灼燒1~6小時，沉淀物分解為納米尺寸的稀土氧化物 (YLxErx)203粉末，x取值為0.01~0.1;(4) 稱取一定量的NH4Br，或NH4Br和KBr，與得到的(Y^Erv)203 粉末研磨混合均勻后在400~600 'C下惰性氣體氣氛下灼燒1 3小時， 而后繼續(xù)在800 1100 "C下惰性氣體氣氛下灼燒1~2小時后冷卻到室 溫，其中(￥3++￡一+)與NH4Br摩爾比為1:1~3， KBr占總質(zhì)量 ((Y^Erx)203、 NH4Br的質(zhì)量和)的0 10%;(5) 將燒結(jié)后的粉末用酒精清洗，在80 12(TC下干燥6 24小時， 即得該上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料成品。
4、根據(jù)權(quán)利要求3所述上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的制備方法，其特征在 于步驟(1)為分別配置lmol/L的釔鹽溶液、lmol/L的鉺鹽溶液 和lmol/L的鐿鹽溶液；步驟(2)為量取一定體積的上述釔鹽溶液、 鉺鹽溶液和鐿鹽溶液，加入到過量的草酸溶液或堿性溶液中后形成白 色沉淀物；步驟(3)為將所得沉淀物在80-120。C下干燥4~10小 時，然后在400 900。C下灼燒1 6小時，沉淀物分解為納米尺寸的稀 土氧化物(Y^.yErxYby)203粉末，x為0.01， y取位為0<y《().15;步 驟(4)為稱取一定量的NH4Br，或NH4Br和KBr，與得到的 (Y".yErxYby)203粉末研磨混合均勻后在400 600 。C下惰性氣體氣氛 下灼燒1~3小時，而后繼續(xù)在800 1100 。C下惰性氣體氣氛下灼燒1~2 小時后冷卻到室溫，其中(丫3++￡1"3++￥1)3+)與,481"摩爾比為1:1 3， KBr占總質(zhì)量((Y,-x-yErxYby)203、 NH4Br的質(zhì)量和)的0~10%。
5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的制備方法，其特征在 于所述釔鹽溶液為Y(N03)3溶液或YC13溶液，所述鉺鹽溶液為 Er(N03)3溶液或ErCl3溶液，所述鐿鹽溶液為Yb(N03)3溶液或YbCl3 溶液。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3~5任一項所述的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的制備方法， 其特征在于所述堿性溶液選自氫氧化鈉溶液、草酸氨溶液、碳酸氫 氨溶液、氨水溶液中的一種。
7、 根據(jù)權(quán)利要求3 5任一項所述的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的制備方法， 其特征在于所述惰性氣體為氮氣或氬氣。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料，其特征在于以溴四氧化三釔(Y<sub>3</sub>O<sub>4</sub>Br)為基質(zhì)材料，在該基質(zhì)材料中摻有Er<sup>3+</sup>，其化學(xué)通式為(Y<sub>1-x</sub>Er<sub>x</sub>)<sub>3</sub>O<sub>4</sub>Br，x代表Er<sup>3+</sup>離子的摻雜量，取值范圍為0.01～0.1。該上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的制備方法將釔鹽溶液和鉺鹽溶液，加入到過量的草酸溶液或堿性溶液中，形成白色沉淀物；將所得沉淀物干燥后再灼燒，分解為納米尺寸的稀土氧化物(Y<sub>1-x</sub>Er<sub>x</sub>)<sub>2</sub>O<sub>3</sub>粉末；稱取一定量的NH<sub>4</sub>Br，或NH<sub>4</sub>Br和KBr，與得到的(Y<sub>1-x</sub>Er<sub>x</sub>)<sub>2</sub>O<sub>3</sub>粉末研磨混合均勻后在下惰性氣體氣氛下灼燒，后冷卻，再用酒精清洗，干燥后即得成品。該上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料化學(xué)純度高、發(fā)光強度高，制備方法簡單，成本低廉，污染小。
文檔編號C09K11/77GK101463255SQ200910095640
公開日2009年6月24日 申請日期2009年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月15日
發(fā)明者喬艷敏, 張鑫博, 海 郭 申請人:浙江師范大學(xué)