本發(fā)明屬于熱膨脹材料，具體涉及一種高熵負(fù)熱膨脹發(fā)光材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、發(fā)光材料廣泛應(yīng)用于照明、顯示、光學(xué)溫度傳感、太陽能電池的發(fā)光轉(zhuǎn)換層和生物成像等現(xiàn)代應(yīng)用。然而，大多數(shù)熒光材料不可避免的熱猝滅（tq）嚴(yán)重制約了其在高功率光學(xué)器件中的進(jìn)一步應(yīng)用。熱猝滅（tq）是熒光材料在高溫環(huán)境下普遍面臨的一個關(guān)鍵問題，它導(dǎo)致材料的發(fā)光效率隨溫度升高而急劇下降，極大地限制了這些材料在需要高功率或高溫工作環(huán)境中的應(yīng)用，如led照明、高溫探測器和生物成像等領(lǐng)域。因此，提高高溫下的發(fā)光強(qiáng)度是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的工作，這推動了抗熱猝滅發(fā)光材料的探索和研究。

2、tq（熱猝滅）現(xiàn)象與晶體結(jié)構(gòu)的剛度之間存在著顯著的關(guān)聯(lián)。具體而言，當(dāng)激活劑位于具有更高剛性的主體材料中時，其發(fā)光強(qiáng)度明顯優(yōu)于在柔性主體中的表現(xiàn)。這是因?yàn)閯傂越Y(jié)構(gòu)能有效抑制非輻射弛豫過程的發(fā)生，這些過程在柔性主體中更為頻繁，從而削弱了發(fā)光效率。在這一背景下，負(fù)熱膨脹（nte）主體材料展現(xiàn)出了獨(dú)特的優(yōu)勢。隨著溫度的升高，這些材料非但不膨脹反而收縮，這一特性使得它們在收縮過程中獲得了更高的結(jié)構(gòu)剛度。這種剛度的提升不僅增強(qiáng)了材料的穩(wěn)定性，還減少了摻雜劑在高溫下可能發(fā)生的排放損失，從而保護(hù)了發(fā)光中心的完整性。因此，nte被視為一種有效的策略來避免tq現(xiàn)象的發(fā)生，它為提高發(fā)光材料在高溫環(huán)境下的性能開辟了新途徑。

3、高熵固溶體方法作為一種新的材料設(shè)計(jì)策略，近年來引起了研究人員的廣泛關(guān)注。當(dāng)高熵的概念被引入到陶瓷中時，高熵陶瓷（hecs）的各種結(jié)構(gòu)如焦綠石（或缺陷螢石）和鈣鈦礦相繼被設(shè)計(jì)和開發(fā)。與單組分陶瓷相比，hecs具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、可調(diào)節(jié)的熱膨脹性能、令人難以置信的相穩(wěn)定性和較低的導(dǎo)熱性。目前，hecs的應(yīng)用研究主要集中在熱防護(hù)和防腐領(lǐng)域，在nte領(lǐng)域的應(yīng)用報道較少。在眾多高熵陶瓷體系之中，巖鹽型高熵氧化物陶瓷是至今發(fā)現(xiàn)最早且易于合成的，因此對其研究頗多并形成了較為完善的理論體系。相比于其它高熵材料，它同樣具有嚴(yán)重的晶格畸變效應(yīng)，從而導(dǎo)致其熱導(dǎo)率相對較低。由于晶格畸變效應(yīng)，使其具備極低的熱導(dǎo)率和較高的熱膨脹系數(shù)，更加有效地發(fā)揮了其高熵材料的nte性能，從而避免發(fā)光材料的熱猝滅效應(yīng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種高熵負(fù)熱膨脹發(fā)光材料及其制備方法。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：

3、一種高熵負(fù)熱膨脹發(fā)光材料，其分子式為(al0.196sc0.196in0.196yb0.196y0.196er0.02)2mo3o12。

4、一種高熵負(fù)熱膨脹發(fā)光材料的制備方法：選擇al源、sc源、in源、yb源、y源、er源、mo源作為原料，并按照目標(biāo)產(chǎn)物(al0.196sc0.196in0.196yb0.196y0.196er0.02)2mo3o12中化學(xué)計(jì)量摩爾比al∶sc∶in∶yb∶y∶er∶mo=0.392∶0.392∶0.392∶0.392∶0.392∶0.04∶3稱重并研磨混合均勻，將得到的混合粉末直接燒結(jié)或者壓片后燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1000~1100℃，時間為5~10h，冷卻至室溫，得到目標(biāo)產(chǎn)物(al0.196sc0.196in0.196yb0.196y0.196er0.02)2mo3o12；

5、其中，所述al源為al2o3或者能夠在不高于燒結(jié)溫度下加熱分解得到al2o3的前體物質(zhì)；

6、所述sc源為sc2o3或者能夠在不高于燒結(jié)溫度下加熱分解得到sc2o3的前體物質(zhì)；

7、所述in源為in2o3或者能夠在不高于燒結(jié)溫度下加熱分解得到in2o3的前體物質(zhì)；

8、所述yb源為yb2o3或者能夠在不高于燒結(jié)溫度下加熱分解得到y(tǒng)b2o3的前體物質(zhì)；

9、所述y源為y2o3或者能夠在不高于燒結(jié)溫度下加熱分解得到y(tǒng)2o3的前體物質(zhì)；

10、所述er源為er2o3或者能夠在不高于燒結(jié)溫度下加熱分解得到er2o3的前體物質(zhì)；

11、所述mo源為moo3或者能夠在不高于燒結(jié)溫度下加熱分解得到moo3的前體物質(zhì)。

12、較好地，將al源、sc源、in源、yb源、y源、er源、mo源按比例稱重并研磨混合均勻后，先將得到的混合粉末直接預(yù)燒結(jié)或壓片后燒結(jié)，再將預(yù)燒結(jié)后的產(chǎn)物研磨混合均勻，壓片后二次燒結(jié)；預(yù)燒結(jié)的溫度為700~800℃、時間為5~10h，二次燒結(jié)的溫度為1000~1100℃、時間為5~10h。

13、較好地，將al源、sc源、in源、yb源、y源、er源、mo源按比例稱重并研磨混合均勻時，采用濕法研磨，研磨時加入有乙醇，加入量以潤濕al源、sc源、in源、yb源、y源、er源和mo源為準(zhǔn)。

14、較好地，將預(yù)燒結(jié)后的產(chǎn)物研磨混合均勻時，采用干法研磨。

15、較好地，al源、sc源、in源、yb源、y源、er源、mo源的純度均為99~99.99wt%。

16、較好地，涉及的所有燒結(jié)，均采用3~10℃/min的升溫速率升溫至燒結(jié)溫度。

17、較好地，涉及的所有壓片，壓片時壓制成直徑8~10mm、高3~6mm的圓柱形素胚。

18、較好地，涉及的所有壓片，壓片時壓力為4~10mpa，保壓時間為2~5min。

19、有益效果：

20、（1）、本發(fā)明提出了分子式為(al0.196sc0.196in0.196yb0.196y0.196er0.02)2mo3o12的高熵負(fù)熱膨脹發(fā)光材料，并對其進(jìn)行了相純度表征、熱膨脹性質(zhì)和發(fā)光性能研究，結(jié)果表明成功制備了(al0.196sc0.196in0.196yb0.196y0.196er0.02)2mo3o12發(fā)光材料，在一定溫度范圍內(nèi)克服了發(fā)光材料熱猝滅特性；

21、（2）、本發(fā)明的高熵nte發(fā)光材料，兼具良好的熱穩(wěn)定性，制備工藝簡單，成本低，適合于工業(yè)化生產(chǎn)，有望在顯示器、光學(xué)溫度傳感、太陽能電池的發(fā)光轉(zhuǎn)換層等高端技術(shù)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

技術(shù)特征：

1.一種高熵負(fù)熱膨脹發(fā)光材料，其特征在于：其分子式為(al0.196sc0.196in0.196yb0.196y0.196er0.02)2mo3o12。

2.一種如權(quán)利要求1所述的高熵負(fù)熱膨脹發(fā)光材料的制備方法，其特征在于：選擇al源、sc源、in源、yb源、y源、er源、mo源作為原料，并按照目標(biāo)產(chǎn)物(al0.196sc0.196in0.196yb0.196y0.196er0.02)2mo3o12中化學(xué)計(jì)量摩爾比al∶sc∶in∶yb∶y∶er∶mo=0.392∶0.392∶0.392∶0.392∶0.392∶0.04∶3稱重并研磨混合均勻，將得到的混合粉末直接燒結(jié)或者壓片后燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1000~1100℃，時間為5~10h，冷卻至室溫，得到目標(biāo)產(chǎn)物(al0.196sc0.196in0.196yb0.196y0.196er0.02)2mo3o12；

3.如權(quán)利要求2所述的高熵負(fù)熱膨脹發(fā)光材料的制備方法，其特征在于：將al源、sc源、in源、yb源、y源、er源、mo源按比例稱重并研磨混合均勻后，先將得到的混合粉末直接預(yù)燒結(jié)或者壓片后預(yù)燒結(jié)，再將預(yù)燒結(jié)后的產(chǎn)物研磨混合均勻，壓片后二次燒結(jié)；預(yù)燒結(jié)的溫度為700~800℃、時間為5~10h，二次燒結(jié)的溫度為1000~1100℃、時間為5~10h。

4.如權(quán)利要求2或3所述的高熵負(fù)熱膨脹發(fā)光材料的制備方法，其特征在于：將al源、sc源、in源、yb源、y源、er源、mo源按比例稱重并研磨混合均勻時，采用濕法研磨，研磨時加入有乙醇，加入量以潤濕al源、sc源、in源、yb源、y源、er源和mo源為準(zhǔn)。

5.如權(quán)利要求3所述的高熵負(fù)熱膨脹發(fā)光材料的制備方法，其特征在于：將預(yù)燒結(jié)后的產(chǎn)物研磨混合均勻時，采用干法研磨。

6.如權(quán)利要求2或3所述的高熵負(fù)熱膨脹發(fā)光材料的制備方法，其特征在于：al源、sc源、in源、yb源、y源、er源、mo源的純度均為99~99.99wt%。

7.如權(quán)利要求2或3所述的高熵負(fù)熱膨脹發(fā)光材料的制備方法，其特征在于：涉及的所有燒結(jié)，均采用3~10℃/min的升溫速率升溫至燒結(jié)溫度。

8.如權(quán)利要求2或3所述的高熵負(fù)熱膨脹發(fā)光材料的制備方法，其特征在于：涉及的所有壓片，壓片時壓制成直徑8~10mm、高3~6mm的圓柱形素胚。

9.如權(quán)利要求2或3所述的高熵負(fù)熱膨脹發(fā)光材料的制備方法，其特征在于：涉及的所有壓片，壓片時壓力為4~10mpa，保壓時間為2~5min。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于熱膨脹材料技術(shù)領(lǐng)域，公開一種高熵負(fù)熱膨脹發(fā)光材料及其制備方法。分子式為(Al<subgt;0.196</subgt;Sc<subgt;0.196</subgt;In<subgt;0.196</subgt;Yb<subgt;0.196</subgt;Y<subgt;0.196</subgt;Er<subgt;0.02</subgt;)<subgt;2</subgt;Mo<subgt;3</subgt;O<subgt;12</subgt;。制備方法：選擇Al源、Sc源、In源、Yb源、Y源、Er源、Mo源作為原料，并按照目標(biāo)產(chǎn)物(Al<subgt;0.196</subgt;Sc<subgt;0.196</subgt;In<subgt;0.196</subgt;Yb<subgt;0.196</subgt;Y<subgt;0.196</subgt;Er<subgt;0.02</subgt;)<subgt;2</subgt;Mo<subgt;3</subgt;O<subgt;12</subgt;中化學(xué)計(jì)量摩爾比Al∶Sc∶In∶Yb∶Y∶Er∶Mo=0.392∶0.392∶0.392∶0.392∶0.392∶0.04∶3稱重并研磨混合均勻，將得到的混合粉末直接燒結(jié)或者壓片后燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1000~1100℃，時間為5~10h，冷卻至室溫，得到目標(biāo)產(chǎn)物(Al<subgt;0.196</subgt;Sc<subgt;0.196</subgt;In<subgt;0.196</subgt;Yb<subgt;0.196</subgt;Y<subgt;0.196</subgt;Er<subgt;0.02</subgt;)<subgt;2</subgt;Mo<subgt;3</subgt;O<subgt;12</subgt;。本發(fā)明提出了分子式為(Al<subgt;0.196</subgt;Sc<subgt;0.196</subgt;In<subgt;0.196</subgt;Yb<subgt;0.196</subgt;Y<subgt;0.196</subgt;Er<subgt;0.02</subgt;)<subgt;2</subgt;Mo<subgt;3</subgt;O<subgt;12</subgt;的高熵負(fù)熱膨脹發(fā)光材料，在一定溫度范圍內(nèi)克服了發(fā)光材料的熱猝滅特性。

技術(shù)研發(fā)人員：高其龍,常凌云,陳鑫,鄭涵曦
受保護(hù)的技術(shù)使用者：鄭州大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19